МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ

УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до лабораторних робіт з дисципліни

«ВОЛОКОННО_ОПТИЧНІ СИСТЕМИ ПЕРЕДАЧІ»

для студентів усіх форм навчання

напрямку 6.050903 «Телекомунікації»

ЗАТВЕРДЖЕНО

кафедрою ТКС

Протокол №

від " " ________ 2012 р.

Харків 2012

Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни «Волоконно-оптичні системи передачі» для студентів усіх форм навчання напрямку 6.050903 «Телекомунікації» / Упорядники: Ковальчук В.К., Євдокименко М.О. – Харків: ХНУРЕ, 2012. – с.

Упорядники: Ковальчук В.К.

Євдокименко М.О.

Рецензент Шостко І. С., канд. техн. наук, доц. каф. ТКС

ЗМІСТ

Вступ
1 Вивчення оптичних тестерів
2 Дослідження дисперсії у волоконних світловодах
3 Вивчення рефлектометра OTDR - 3000 на базі програми РС-3000
4 Вивчення методики проектування та розрахунку пасивних оптичних мереж
Рекомендована література

Позначення та скорочення

ВОСП	-	волоконно-оптична система передачі
ВОЛЗ	-	волоконно-оптична лінія зв’язку
ДОВ	-	джерело оптичного випромінювання
ОПерП	-	оптичний передавальний пристрій
ОПрП	-	оптичний приймальний пристрій
ВС	-	волоконний світловод
ОК	-	оптичний кабель
ОТ	-	оптичний тестер
ЛД	-	лазерний діод
СД	-	світлодіод
ФД	-	фотодіод
ЛФД	-	лавинний фотодіод
ВтАХ	-	ват-амперна характеристика

Загальні положення

Волоконно-оптичні системи передачі (ВОСП) знайшли широке застосування в мережах зв’язку різного призначення – від локальних інформаційно-обчислювальних мереж до транспортних мереж зв’язку. Прогрес у галузях електроніки, оптоелектроніки дозволив значно збільшити смугу пропускання та швидкодію прикінцевих пристроїв, а смуга пропускання сучасних волоконних світловодів (ВС) потенційно сягає десятків терагерц. Завдяки цьому швидкість передачі інформації в сучасних ВОСП вже досягла 10 Гбіт/с. В системах зв’язку впроваджуються технології комутації та обробки оптичних сигналів, йде процес переходу до повністю оптичних (фотонних) мереж. Волоконно-оптичні лінії зв’язку (ВОЛЗ) не тільки зберігають усі позитивні особливості кабельних ліній, але й додають до них переваги, які властиві оптичному діапазону: велику інформаційну ємність; довжину регенераційної дільниці, що може перевищувати 100 км; конфіденційність при передачі інформації; вирішення проблеми електромагнітної сумісності.

ВСТАВИТЬ ИЗ МУ ПО ЛИНИЯМ

1 ВИВЧЕННЯ ОПТИЧНИХ ТЕСТЕРІВ

Вимірювання параметрів оптичних пристроїв

1.1 Мета роботи: здобуття практичних навичок з проведення вимірювань параметрів пасивних оптичних пристроїв із застосуванням оптичних тестерів (ОТ), вивчення методики проведення вимірювань оптичними тестерами, ознайомлення з принципами дії, побудовою та параметрами ОТ.

1.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів.

Під час підготовки до лабораторної роботи необхідно вивчити тему 3.4.2 [1,3], та тему 7.6[4] У процесі будівництва та технічної експлуатації ВОЛЗ проводиться комплекс вимірювань для визначення стану оптичного кабелю, лінійних споруд, якості функціонування апаратури лінійного тракту, попередження пошкоджень, а також накопичення статистичних даних з метою розробки заходів підвищення надійності зв`язку.

Специфіка техніки волоконно-оптичного зв`язку потребує спеціальних засобів вимірювання. Розроблена серійна апаратура для вимірювання характеристик та параметрів різних елементів ВОСП . Досить поширеним вимірювачем для цих вимірювань є оптичний тестер.

Оптичний тестер призначений для вимірювання оптичної потужності, а також для формування безперервного або модульованого оптичного випромінювання. Таким чином, оптичний тестер замінює два добре відомих типу приладів: вимірювача оптичної потужності і джерела оптичного випромінювання. Застосування непрямих методів дозволяє вимірювати деякі парамери пасивних оптичних пристроїв.

Серійно випускається декілька ОТ, для кожного вікна прозорості (ОМЗ-66, ОМЗ-76А, ОМЗ-76В та ін.). Ці прилади мають цифрову індикацію. Структурна схема оптичного тестера наведена на рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Структурна схема оптичного тестера

Оптичний пристрій, загасання якого вимірюється, через оптичні роз`єми 4 підключається до ПОМ 1 та ПрОМ 2. Оптичний тестер дозволяє вимірювати оптичну потужність як у абсолютних одиницях (Вт), так і у відносних (дБп). Власна похибка вимірювань оптичної потужності не перевищує 0,5 дБм. Похибка при вимірюванні залежить від загасання в оптичних з`єднувачах, тому при вимірюванні важливо забезпечити надходження усього потоку випромінювання з одного боку на об`єкт вимірювання, з іншого – на світлочутливу поверхню ФД (фотодіод). Недоліком ОТ є вузький спектральний діапазон, що потребує окремих комплектів для кожного вікна прозорості, температурна нестабільність, неможливість вимірювати високі рівні потужності, перевагою цих приладів є висока чутливість, широкий діапазон потужностей, що вимірюються (10^-9 до 10^-2 Вт), портативність.

Стандартний ОТ дозволяє проводити вимірювання на декількох довжинах хвиль. Зазвичай це хвилі 850, 1310 і 1550 нм, що відповідають вікнам прозорості кварцового скла.

Функції джерела оптичного випромінювання дозволяють за допомогою оптичного тестера генерувати оптичні сигнали з модуляцією за інтенсивністю з різними модулюючими частотами (типово це 270, 1000 і 2000 Гц) на довжинах хвиль від 850 до 1550 нм.

Для оцінки загасання пасивних оптичних елементів ВОСП використовується метод різниці рівнів. Спочатку вимірюється оптична потужність Р₀ на вході оптичного об`єкта, а потім Р_l на його виході (рис.1.2). До пасивних оптичних пристроїв належать: рознімачі, з’єднувачі розподільники оптичної потужності (РОП) -розгалужувачі та відгалужувачі, атенюатори, перемикачі, комутатори, ізолятори т.ін.

Рисунок 1.2-Метод різниці рівнів

Загасання об`єкту визначається у відносних логарифмічних одиницях (дБ)

А=10 lg(Р₀ / Р_l).

Якщо потужність вимірюється у відносних логарифмічних одиницях (дБм), тоді загасання дорівнює

А= (Р₀ -Р_l).

Cлід зазначити, що загасання оптичного об`єкту можна лише оцінити з обмеженою точністю, тому що похибку вносить загасання оптичних рознімів та оптичних шнурів, якими об`єкт, що вимірюється підключається до випромінювача та індикаторного блоку ОТ.

За допомогою оптичних тестерів можна визначити деякі пошкодження у ВОЛЗ. В табл.1.1 наведені методи знаходження пошкоджень У ВОЛЗ/

Таблиця 1.1 – Методи знаходження пошкоджень у ВОЛЗ

Дані	Пошкодження	Метод вимірювання	Метод відновлення
А-Б>P	Збільшення загального загасання ділянки, на якій виконуються вимірювання	Вимірювання оптичними тестерами	Ремонт ОК
	Збільшення загасання окремих будівельних довжин	Вимірювання рефлектометром	Заміна будівельних довжин з підвищеним 
	Збільшення загасання у місцях з`єднання ОВ	Вимірювання рефлектометром	Перемонтаж муфт з підвищеним загасанням
	Збільшення втрат у шнурі світловодному з`єднувальному (ШСЗ)	Вимірювання рефлектометром	Заміна ШСЗ з підвищеним 
А-Б> 70 дб ^(Б-А)	Обрив ОВ	Вимірювання оптичними тестерами	Ремонт ОК
	Обрив ОВ у муфті	Вимірювання рефлектометром	Перемонтаж муфти
	Обрив ОВ в ОК	Вимірювання рефлектометром	Монтаж вставки в ОК
А-Б>>Б-А ^(Б-А) (А-Б)	Пошкоджений роз`єм ШСЗ на станції А (Б)	Вимірювання оптичними тестерами	Заміна ШСЗ на станції А (Б)

Примітка: Р – енергетичний потенціал системи, дБ;  – загасання кабелю.

Під час підготовки до лабораторної роботи необхідно:

• ознайомитися з призначенням, конструкціями та параметрам пасивних оптичних пристроїв;

• ознайомитись з методами вимірювання параметрів пасивних оптичних пристроїв;

• ознайомитись з призначенням та комплектацією оптичних тестерів.

1.3 Опис лабораторної установки

1.3.1 Оптичні тестери ОМКЗ-76 та FOD-102.

Оптичний тестер ОМКЗ-76 містить лазерний та світлодіодний випромінювачі з довжиною хвилі 1,31 мкм, оптичний фотодіодний приймач, блок індикації та блок електроживлення. У випромінювачах передбачена можливість модуляції випромінювання за інтенсивністю. Передавальні та приймальний пристрої можуть використовуватись для проведення різних вимірювань. Вони мають стандартні оптичні роз’єми для підключення оптичних шнурів. Приймальний пристрій має адаптер, який дозволяє підключати волоконний світловод без конектора. Комплект дозволяє виміряти оптичну потужність у відносних (дБм) та абсолютних одиницях (мВт). Органи управління розташовані на передній панелі блоку індикації:

-кнопка для підключення живлення;

-кнопка для включення модульованого або немодульованого випромінювання;

-кнопка для відліку виміряної потужності в абсолютних (мВт) або у відносних одиницях (дБм).

Для вимірювання оптичної потужності найчастіше використовуються сучасні ОТ серії FOD. Ці тестери можуть мати вбудовані джерела випромінювання на довжинах хвилі 850, 1310 або 1550 нм. Вони призначені для вимірювання оптичної потужності в абсолютних та відносних одиницях. В лабораторному обладнанні використовується оптичний тестер FOD-102 без джерела випромінювання, до його складу входять оптичний приймач та пристрій індикації. Слід відмітити, що при відсутності оптичного сигналу на вході оптичного приймача, індикатор потужності показує значення близько -73 дБм. Як джерело випромінювання в лабораторній роботі використовуються випромінювачі оптичного тестера ОМКЗ-76.

На передній панелі тестера FOD-102 розташовані органи управління.

1. Кнопка ON / OFF AUTO:

- включення тестера в режимі AUTOPOWER при тривалому натисканні;

- включення тестера без режиму AUTOPOWER при тривалому натисканні, при цьому в лівому верхньому кутку індикатора з'явиться позначка ;

- вимкнення тестера з будь-якого режиму коротким натисканням.

2. Кнопка SET λ:

- установка довжини хвилі калібрування в режимі вимірника з ряду 850, 1310, 1550 нм - коротким натисненням;

- вибір довжини хвилі вимірювання ( при наявності випромінювача--тільки при включеному джерелі) коротким натисненням. На рис. 1.3 наведений зовнішній вигляд оптичного тестера FOD-102.

Рисунок 1.3 – Оптичний тестер FOD-102

1.3.2 Програмні пакети «OLA-15.EXE» та ХХХХХХ

У лабораторній роботі використовується програмний пакет «OLA-15.EXE», який моделює оптичний тестер OLA-15. Цей тестер містить блок випромінювачів, блок оптичного приймача з блоком індикації та оптичний атенюатор із змінним загасанням. Зовнішній вигляд комплекту OLA-15 наведений на рис. 1.4. Всі блоки тестера мають стандартні оптичні розніми для підключення стандартного одномодового волокна (9/125 мкм) з відповідним коннектором.

Оптичні випромінювачі мають довжини хвиль 1310 і 1550 нм. Блоком індикації виміряна оптична потужність відображується у відносних (дБм) та в абсолютних одиницях (мВт). Відсутність оптичної потужності відображується на індикаторі значенням близько -73 дБм. Загасання оптичних пристроїв вимірюється методом різності рівнів.

Рисунок1.4 – Комплект оптичного тестера OLA-15

Опис умовних позначень програми «OLA-15.EXE» наведено у таблиці 1.2.

Таблиця 1.2

Умовні позначення	Функції елементів тестеру
	Перемикання режимів сигналів (CW / FMOD). Лазерні джерела можуть працювати в двох режимах: "CW" (немодульоване випромінювання) і "FMOD" (модульоване світло). Різні частоти модуляції лазерного випромінювання, можуть використовуватися, наприклад, для ідентифікації волокон воптичному кабелі. Оптичні вимірювачі потужності тестерів OLP-10 і OLP-15 виявляють світлові сигнали, модульовані стандартними фіксованими частотами 270 Гц, 330 Гц, 1 кГц і 2 кГц. Виявлені частоти з'являються на рідкокристалічному дисплеї.
	У режимі AUTO λ сигналам, що генеруються лазерними джерелами, може бути присвоєно LINE-ID (ідентифікація лінії), яка може використовуватися для визначення довжини хвилі протягом вимірювання лінії.
	Кнопка ON / OFF (ВКЛ / ВИКЛ): включає і вимикає прилад
	Кнопка 1550 нм для включення верхньої довжини хвилі (горить світлодіод)
	Кнопка 1310 нм для включення нижньої довжини хвилі (горить світлодіод)
	При роботі пристроїв OLS-5 або OLS-15 в режимі TWINtest , вимірювач OLP-15 автоматично виявляє сигнали, що передаються поперемінно з двома параметрами довжини хвилі (напр. 1310 і 1550 нм), і відображає виміряні значення загасання. Ця функція OLP-15 дозволяє уникнути помилок, економить час і знижує витрати за рахунок аналізу волоконного з'єднання відразу за двома хвилями.
	Обертова рукоятка для безперервної зміни значення загасання
	Індикатор PERM постійного режиму роботи
	Вимірювати оптичну потужність можлива як у абсолютних одиницях (Вт), так і у відносних (дБм)
	Фіксоване значення
	Світлодіоди для індикації активного лазерного сигналу і довжини хвилі.
	ХХХХХХХХХХХ

1.4. Порядок виконання роботи

1.4.1 Ознайомитись з оптичними тестерами FOD-102 та ОМКЗ-76 їх призначенням.

1.4.2 Виміряти тестером FOD-102 потужність денного світла, потужність джерела штучного освітлення на різних довжинах хвиль. Результати записати в таблицю 1.3.

Таблиця 1.3

λ, мкм	Денне світло	Джерело штучного освітлення
0,85
1,3
1,55
Показники індикатору при закритому оптичному вході

Підключити блок живлення до блоку індикації тестера ОМКЗ-76. Кабелем К4 з’єднати блок живлення та випромінювач. Підключити до тестера FOD-102 лазерний та світлодіодний випромінювачі комплекту ОМКЗ-76. Виміряти оптичну потужність випромінювачів. Результати записати в таблицю 1.4. Пояснити результати.

Таблиця 1.4

λ, мкм	Лазерний випромінювач	Світлодіодний випромінювач
0,85
1,3
1,55

Використовуючи лазерний випромінювач комплекту ОМКЗ-76, виміряти оптичну потужність на вихідних полюсах розподілювача оптичної потужності, розрахувати параметри розподілювача.

Внесені втрати РОП дорівнюють А₁=10lg (Р₁ /Р₂ +Р₃), дБ.

Загасання в прямому напрямку дорівнюють А₂=10lg (Р₁ /Р₂), дБ.

Загасання відгалуження дорівнює А₃=10lg (Р₁ /Р₃), дБ.

Р₁-потужність на вхідному полюсі РОП; Р₂-потужність на вихідному полюсі РОП в прямому напрямку; Р₃-потужність в напрямку відгалуження

1.4.3 Відкрити програму «OLA-15.EXE». Ознайомитися з інструкцією та параметрами оптичних тестерів. Виміряти потужність випромінювання на різних довжинах хвиль, при модульованому та немодульованому випромінювання. Визначити втрати в оптичних роз'ємах. Усі отримані результати привести в таблиці 1.5, пояснити отримані результати.

Таблиця 1.5

Параметри	Значення
Довжина хвилі
Частота модуляції
Потужність немодульованого випромінювання
Потужність модульованого випромінювання

1.4.4 Підключити атенюатор та виміряти загальне загасання в оптичних роз'ємах.

1.4.5 Відкрити файл «OMK56.EXE» та виконати пункти 1.4.3 та 1.4.4 для оптичних тестерів OLS-5 та OLP-5.

1.5 Зміст звіту:

- структурна схема тестеру;

- схема підключення при проведенні експерименту;

-комплектація, технічні характеристики оптичних тестерів та структурні схеми при проведенні вимірювань тестерів OLA-15;

- результати вимірювань, зведені в таблицю;

- висновки за результатами роботи.

1.6 Контрольні запитання та завдання.

1. Які пасивні елементи використовуються у ВОСП?

2. Яке призначення розподільників оптичної потужності?

3. Які параметри розподільників оптичної потужності?

4. Яке призначення оптичних тестерів?

5. Поясніть сутність вимірювань методом різності рівнів.

6. Чим визначається похибка вимірювань загасання?

7. Які складові оптичного тестера?

8. Як визначити характер пошкоджень на лінії?

9. Пояснити структурну схему оптичного тестера.

10. Яка нижня межа вимірювань оптичної потужності?

11. Яке призначення атенюаторів?

12. Пояснити метод різниці рівнів.

2 ДОСЛІДЖЕННЯ ДИСПЕРСІЇ У ВОЛОКОННИХ СВІТЛОВОДАХ

2.1 Мета роботи: дослідження дисперсії в багатомодовому світловоді, впливу апертурного кута на поширення променів у багатомодових волоконних світловодах та впливу ширини спектру випромінювача на явище розширення імпульсів.

2.2 Методичні вказівки з організації самостійної роботи студентів

Під час підготовки до лабораторної роботи необхідно вивчити тему 2.1.7 та 3.4.3[1]. Особливу увагу слід звернути на фізичні процеси у ВС, явище повного внутрішнього відбиття, особливості розповсюдження хвиль у одномодових та багатомодових ВС, поняття моди та контінууму мод. Необхідно засвоїти поняття дисперсії, чітко уявити походження різних складових дисперсії та вплив їх на якість передачі інформації світловодом. Необхідно також засвоїти механізми світлоослаблення у ВС.

Особливістю волоконних світловодів є розширення імпульсів, які поширюються лінією. Це явище викликане різними видами дисперсії у кварцовому склі. Внаслідок дисперсії імпульси, що поширюються лінією розширюються, що може привести до їх часткового і навіть повного перекриття, а отже до виникнення помилки.

Важливими параметрами ВС є числова апертура та апертурний кут, які пов’язані з показниками заломлення

, (2.1)

де θ_max – апертурний кут, n₁ та n₂ – показники заломлення серцевини та оболонки ВС відповідно.

Дисперсія викликає розширення імпульсів у процесі їх розповсюдження лінією. Це явище обмежує швидкість передачі та довжину регенераційної дільниці ВОЛЗ. Дисперсія складається з міжмодової τ_мм та хроматичної τ_хр

. (2.2)

Для ВС із ступінчастим профілем показника заломлення міжмодова дисперсія дорівнює

, (2.3)

та для ВС із градієнтним профілем показника заломлення

, (2.4)

де L – довжина лінії, км; відносна різниця показників заломлення; с – швидкість світла.

Хроматична дисперсія дорівнює:

, (2.5)

τ_хв – хвилеводна дисперсія, τ_мат – матеріальна дисперсія; В(λ) – питома хвилеводна дисперсія; М(λ) – питома матеріальна дисперсія; Δλ – ширина спектру випромінювача, нм.

Хвилеводна дисперсія зумовлена залежністю швидкості розповсюдження світла від довжини хвилі, а матеріальна – залежністю показника заломлення від довжини хвилі.

Багатомодові ВС характеризуються шириною смуги пропускання за рівнем -3дБ на довжині лінії 1 км

,

та широкосмуговістю, що дорівнює добутку частоти на відстань .

Дисперсія це погонний параметр, який вимірюється в секундах, нормується на довжину лінії, що дорівнює 1 км. Чим менше мод розповсюджується у ВС, тим менше міжмодова дисперсія.

Межа одномодового режиму ВС визначається

, (2.6)

а – радіус ВС, – довжина хвилі оптичної носійної. Кількість хвиль, які розповсюджується у багатомодовому східчастому ВС дорівнює N=V²/2, а у градієнтному N=V²/4.

Загасання у ВС визначається довжиною оптичної хвилі. Діапазони довжин хвиль, де загасання ВС мінімальне, звуться вікнами прозорості ВС. Загасання ОК визначається власними втратами в матеріалі ВС, додатковими втратами, що виникають внаслідок наявності у ВС неоднорідностей: мікро- та макрозгинів, локальних включень домішок, які викликають поглинання, розсіювання та відбиття оптичних хвиль.

Перед виконанням лабораторної роботи слід розв’язати такі завдання.

1.Тривалість оптичного імпульсу дорівнює 500 пс. Імпульс поширюється уздовж одномодового ВС, питома хроматична дисперсія якого дорівнює τ_хр=5 пс/нм∙км, ширина спектра випромінювача дорівнює Δλ=10 нм. Зобразити вигляд імпульсної послідовності уздовж лінії, прийнявши прямокутну апроксимацію форми імпульсу. Визначити, при якій довжині лінії виникне помилка, якщо припустиме розширення імпульсу дорівнює третині його початкової тривалості.

2. Визначити розширення імпульсів у градієнтному ВС з n₁=1,427; Δn=0,02; з параболічним профілем показника заломлення в 1-му вікні прозорості, якщо ВС збуджується випромінювачем з шириною спектра випромінювання Δλ=10 нм. Довжина лінії L=10 км.

2.3 Опис лабораторної установки

Лабораторна установка представлена програмою «Дисперсія.exe». Програма передбачає здачу допуску перед початком виконання роботи. В роботі моделюються процеси розповсюдження світлових променів в ступінчастих світловодах при змінні апертурного кута; розповсюдження світла в градієнтних світловодах, вплив ширини спектру випромінювача на розширення оптичних імпульсів.

2.4 Порядок виконання роботи і методичні вказівки з її виконання

2.4.1 Дослідження міжмодової дисперсії. Вплив апертурного кута на розширення імпульсів

В лабораторній роботі використовується програма «Дисперсія.exe». Перед виконання роботи слід здати допуск, для чого необхідно правильно відповісти на запропоновані запитання. В програмі також передбачена зміна швидкості моделювання розповсюдження хвиль. Для цього треба кликнути лівою клавішою миші поза межами відкритого вікна та у віконці, що з’явилося встановити потрібну швидкість моделювання, рекомендоване значення 150-200.

Для дослідження процесів розповсюдження хвиль у ВС використовуються два підходи: хвильова теорія та променеве наближення. В лабораторній роботі моделюється променеве приближення.

В ході проведення досліджень, змінюючи апертурний кут θmax від 0º до 20º у багатомодовому ступінчастому світловоді, дослідити вплив апертурного кута на процес поширення променів, їх кількості та траєкторії променів. Порівняти результати моделювання.

2.4.2 Дослідження впливу ширини спектру випромінювання на дисперсію.

Встановити ширину спектру випромінювача. Порівняти імпульсні послідовності в кінці лінії в залежності від зміни ширини спектру випромінювача(5,10 та 20 нм). За наведеними імпульсними послідовностями визначити розширення імпульсів для кожної заданої ширини спектру випромінювача. Обчислити ширину спектру при якій імпульсні послідовності зіллються (за умови їх прямокутної апроксимації).

2.4.3 Дослідження поширення променів в градієнтному світловоді.

В ході цих досліджень змінюючи апертурний кут θmax від 0 до 15 градусів у багатомодовому градієнтному світловоді дослідити вплив апертурного кута на вихідну послідовність імпульсів. Порівняти результати моделювання.

2.5 Зміст звіту

-привести характер розповсюдження мод у багатомодовому ступінчастому світловоді при змінах апертурного кута;

-привести імпульсні послідовності при різних значеннях ширини спектру випромінювача;

- пояснити вплив апертурного кута на вихідну послідовність імпульсів;

- пояснити вплив ширини спектру випромінювання на дисперсію;

-навести графік залежності розширення імпульсів від ширини спектру випромінювача;

-привести характер та пояснити розповсюдження мод у багатомодовому градієнтному світловоді при змінах апертурного кута;

-зобразити хід променів у градієнтному світловоді, апроксимуючи параболічний профіль показника заломлення багатоступінчастим.

2.6 Контрольні запитання та завдання

1. Поясніть принцип дії волоконного світловоду.

2. Дайте визначення одномодового та багатомодового ВС, порівняйте їх властивості.

3. Отримайте вираз для розрахунку числової апертури.

4. Дайте визначення моди, контінууму мод у ВС.

5. Поясніть сутність хроматичної дисперсії.

6. Наведіть хід променів у одномодовому та багатомодовому ВС.

7. Дайте визначення дисперсії, охарактеризуйте її складові.

8. Як впливає дисперсія на якість зв’язку?

9. Як смуга пропускання ВС пов’язана з дисперсією?

10. Як впливає ширина спектру випромінювача на довжину лінії?

11. Чому дисперсія обмежує довжину лінії?

12. Які світловоди слід застосовувати у високошвидкісних лініях великої протяжності?

13. Обгрунтувати вибір оптичного кабелю та випромінювача для лініїї зв’язку довжиною 40 км та швидкістю передачі 34 Мбіт/с.

14. Обгрунтувати вибір оптичного кабелю та випромінювача для лініїї зв’язку довжиною 200 км та швидкістю передачі 10 Гбіт/с.

15. Поясніть механізм виникнення міжмодової дисперсії та запропонуйте шляхи її зменшення.

3 ВИВЧЕННЯ РЕФЛЕКТОМЕТРУ OTDR - 3000 НА БАЗІ ПРОГРАМИ

3.1 Мета роботи: засвоєння методики проведення вимірювань параметрів оптичного кабелю, місць пошкоджень кабелю, визначення місць з зосередженими неоднорідностями. за допомогою оптичного рефлектометра,

.

3.2 Методичні вказівки для організації самостійної роботи студентів

В процесі будівництва та технічної експлуатації ВОЛЗ проводиться комплекс вимірювань для визначення стану кабелю, лінійних споруд, якості функціонування апаратури лінійного тракту, попередження пошкоджень. А також накоплення статистичних даних з метою розробки заходів підвищення надійності зв’язку. В процесі експлуатації лінії проводяться профілактичні, аварійні та контрольні вимірювання.

Профілактичні вимірювання проводяться за певним регламентом. У ВОЛЗ під час цих вимірювань тестуються так звані «темні волокна», тобто волокна, якими не передається інформація. Отже, ці вимірювання виконуються без відключення зв’язку.

Аварійні вимірювання виконуються з метою визначення місця пошкодження кабелю.

Контрольні вимірювання здійснюються після ремонтних робіт з метою визначення якості ремонтно-відновлювальних робіт.

При вимірюваннях на ВОЛЗ використовують методи імпульсної рефлектометрії. Найбільш розвиненим та застосовуваним методом імпульсної рефлектометрії є метод OTDR (Optical Timedomain Reflectometer). На даний час випускається широка номенклатура OTDR рефлектометрів. В оптичному випромінювачі формується послідовність оптичних зондуючих імпульсів. що надходять до оптичного волокна. Внаслідок флуктуацій показника заломленя серцевини уздовж волокна, наявності локальних неоднорідностей відбувається релеєвське розсіяння на цих неоднорідностях. На цьому явищі заснований метод оптичної рефлектометрії. Розсіяний потік розповсюджується в зворотному відносно руху зондуючого імпульсу напрямку та реєструється приймальним фотодіодом рефлектометра. Вимірювання часового інтервалу між зондуючим імпульсом і сигналом зворотного розсіяння дає можливість визначити фізичну довжину між двома точками волокна. Під час розповсюдження оптичного імпульсу тестованим волокном його потужність (амплітуда) зменшуються внаслідок розсіювання і втрат на локальних неоднорідностях волокна. Очевидно, що і сигнал зворотного розсіяння (його амплітуда) знижуватимуться. Потужність сигналу зворотного розсіювання залежить від амплітуди і тривалості зондуючого імпульсу. Залежність амплітуди зворотного розсіювання від довжини лінії зветься рефлектограмою. Аналіз залежності зміни амплітуди сигналу зворотного розсіяння на ділянках волокна дозволяє оцінити загасання ділянок ВС.На зосереджених неоднорідностях (наприклад зварних з’єднаннях або зростках) виникають додаткові втрати, які на рефлектограмі відображаються сходинкою.

Рефлектометр за один цикл вимірювань оптичного волокна дозволяє визначити: довжину лінії, коефіцієнт загасання на одиницю довжини кабелю (наприклад, на кілометр), втрати в неоднорідностях кабелю, коефіцієнт відбиття від роз’ємного з’єднання двох оптичних волокон або від кінця оптичного волокна, відношення потужності, що вводиться в оптичне волокно, до потужності, що повернулася до початку від кінця лінії. Можливості рефлектометра (його якість) щодо вимірювання вказаних вище параметрів визначаються такими його характеристиками: довжина хвилі випромінювання; тривалість імпульсів; динамічний діапазон вимірювання загасання, розподільна здатність за двома координатами—загасанням та відстанню.

Взагалі, оптичні рефлектометри більшості фірм забезпечують:

– точне автоматичне виявлення неоднорідностей;

– потужне програмне забезпечення;

– велику швидкість обробки результатів;

– автоматичне або напівавтоматичне вимірювання загасання;

– можливість виведення на дисплей 2-х або декількох рефлектограм;

– виведення результатів вимірювання на принтер.

На даний час випускається широка номенклатура OTDR рефлектометрів. Типові параметри деяких рефлектометрів наведені в табл. 3.1.

Таблиця 7.5 Технічні характеристики типового оптичного рефлектометра

Параметр	Значення
Оптичний кабель	Багатомодовий		Одномодовий
Довжина хвилі, мкм	0,85	1,3	1,3	1,55
Динамічний діапазон, дБ	28	28	29	28
Тривалість імпульсу, нс	30-10000
Розподілювальна здатність, дБм	0,01
Діапазон відстані, км	2-180
Похибка вимірювання довжини, м	(3-0,05)%•Lлінії, м

Приступаючи до виконання лабораторної роботи необхідно ознайомитися з розділом 7[4]. При цьому необхідно знати мету проведення вимірювання, можливості методу, принцип роботи приладу, особливості підключення, визначення параметрів лінії за рефлектограмою, характерні точки рефлектограм.