28 Фев

ИМПУЛЬСНО-РЕФЛЕКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ НА МАКРОИЗГИБАХ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:
Авторы:
DOI:

Развитие телекоммуникационных технологий как единой цифровой сети интегрированного обслуживания немыслимо без использования волоконно-оптических линий связи BOJIC. ВОЛС, представляют собой сложную оптико-физическую систему, в качестве направляющей среды передачи применяется кварцевое оптическое волокно (ОВ).   Особенностью передачи по ОВ заключается не только в распространении по нему информационных сигналов, но и в конструкции ОВ, критичности к механическим нагрузкам (усилиям растяжения и сдавливания, изгибам, кручению и ударам). В современных условиях эксплуатации ВОЛС к ним предъявляют более жесткие требования на соответствие передаточных параметров, которые регламентированы Рекомендациями G.652…G.655 Международного Союза электросвязи – сектора стандартизации электросвязи (МСЭ-Т) [1].  ВОЛС используют для передачи данных сигналы со стандартными длинами волн: 850, 1310, 1550, 1650 нм — и два основных типа оптического волокна: одномодовое (SM) с диаметром сечения примерно 9,5 нм и многомодовое (MM) с диаметрами 50 и 62,5 нм.  К важным передаточным параметрам  ОВ относятся: — коэффициент затухания;  —  дисперсия SM; — ширина полосы пропускания ММ.  Остановимся подробнее на коэффициенте затухания. Потери мощности излучения в оптических волокнах характеризуются коэффициентом затухания α (дБ/км), который измеряется в децибелах на километр и выражается:

(1);

где Рвх и Рвых — мощности оптического излучения на входе и выходе волокна, соответственно; — длина волокна. Величина коэффициента затухания α обуславливается собственными потерями на поглощение и релеевское рассеяние света в волокне и вносимыми потерями, вызываемыми микро- и макроизгибами и искусственными дефектами волокна, например, сварными соединениями. Потери на поглощение напрямую связаны с наличием в материале волокна (кварцевом стекле) различных примесей металлов и гидроксильных ионов и определяются степенью чистоты исходного материала световедущей жилы волокна – чем меньше примесей, тем меньше потери.

Потери на релеевское рассеяние в волокне вызываются рассеянием света на микронеоднородностях с размерами меньшими длины волны света в волокне, которые возникают в процессе изготовления волокна вследствие флуктуаций плотности и состава кварцевого стекла. Эти потери носят принципиальный фундаментальный характер, они имеют место во всех типах волокон и ограничивают минимально достижимую величину затухания в волокне. Релеевские потери сильно зависят от длины волны излучения, коэффициент затухания, обусловленный релеевскими потерями обратно пропорционален четвертой степени длины волны λ:

Рисунок 1. Схема релеевского рассеяния

Вследствие различных условий распространения световой волны в прямом и изогнутом световодах в волокне могут возникать дополнительные потери мощности излучения, приводящие к соответствующему затуханию света. На рисунке 2 показан ход лучей при распространении света в изогнутом световоде и в световоде с микроизгибами. Микроизгибы могут возникать вследствие наличия шероховатости на границе защитно-упрочняющего покрытия волокна и внешней оболочки при сжатии волокна или волоконного кабеля. Из рисунка 2 видно, что наличие тех и других изгибов приводит к высвечиванию света в оболочку и дополнительному затуханию. Помимо микроизгибов к вносимым потерям относятся также потери в местах соединения волокон, как разъемных так и сварных, а также потери, связанные с дефектами оптических волокон (трещины, пузыри, микронеоднородности).

где λC — длина волны, соответствующая значению нормированной частоты ν.

Для измерения потерь на макроизгибах применяют два метода: светопропускания и импульсно-рефлектометрический или обратного рассеяния. Первый обладает высокой точностью и в техническом отношении прост. Однако он не даёт  информации о координатах макроизгибов, в этой связи в настоящем докладе рассматривается второй метод. Техническая реализация его представлена на рисунке 3.

Блок — схема импульсного оптического рефлектометра приведенная на рисунке 1.4. Световые импульсы относительно большой мощности от встроенного в импульсный оптический рефлектометр источника (импульсного лазера) вводятся в тестируемое волокно через ответвитель, а высокочувствительный приемник измеряет временную зависимость мощности светового сигнала, возвращающегося из тестируемого волокна обратно в рефлектометр.

Рисунок 3 — Блок – схема импульсного оптического рефлектометра

Источниками зондирующих импульсов в подавляющем большинстве рефлектометров являются полупроводниковые лазеры с прямой модуляцией током накачки. Такие лазеры при фиксированном токе накачки генерируют световые импульсы фиксированной мощности и переменной длительности, задаваемой длительностью импульса тока накачки, вырабатываемого блоком управления. Применяются полупроводниковые лазеры, генерирующие импульсы длительностью от 1 нс до 20 мкс.

Блок управления вырабатывает импульсы тока накачки с частотой, задаваемой устанавливаемой вручную или определяемой автоматически максимальной длиной тестируемого участка ВОЛП. Одновременно на блок обработки данных подаются синхронизующие электрические импульсы.

Зондирующий световой импульс попадает в тестируемую ВОЛП через разветвитель с двумя рабочими входными и одним выходным портами. Обычно в качестве разветвителей используется устройство, выполняемое на основе четырехполюсника с двумя входными (1,2) и двумя выходными (3,4) портами, из которых задействованы только три (1,2,3). С двумя входными портами соединены импульсный лазер и приемный преобразователь, а с рабочим выходным портом соединяется тестируемый участок ВОЛП (см. рисунок 4).

Рисунок  4 — Схема оптического разветвителя

Четвертый порт разветвителя не используется и закрыт специальным устройством, поглощающим падающее на него излучение без отражения. С помощью этого же разветвителя сигнал обратного рассеяния от ВОЛП через порт (3) и порт (2) попадает на фотоприемник измерительного преобразователя. Измерительный преобразователь преобразует оптические сигналы в электрические так, что величина электрического тока преобразователя прямо пропорциональна мощности светового сигнала. В состав измерительного преобразователя наряду с фотоприемником входит смонтированный вместе с ним на одной плате и в одном корпусе предусилитель. Основные требования к приемному преобразователю – высокая чувствительность, малый уровень шумов и широкая полоса частот (последнее требование эквивалентно малой постоянной времени). Наряду с указанными требованиями приемный преобразователь должен иметь максимально возможную линейность преобразования в большом динамическом диапазоне мощностей светового сигнала.

Блок обработки данных – это мозг рефлектометра. В нем происходит обработка электрического сигнала от измерительного преобразователя и строится рефлектограмма, поступающая на дисплей.  В этом же блоке осуществляются все виды автоматической обработки рефлектограмм и автоматических измерений.

Измерение потерь на изгибах оптических волокон. При изгибе волокон с увеличением длины световой волны тип колебаний, распространяющихся в волокне, становится менее ограничен высоколегированной сердцевиной, а эти параметры становятся значимыми. Пример зависимости потерь от изгиба одномодового волокна, намотанного вокруг стержня диаметром 23 мм, при различных длинах волн приведен на рисунке 5 [3].

Как следует из рисунка 5, более длинные световые волны способствуют более эффективному поиску мест изгибов волокна и могут быть использованы для обеспечения надежной диагностики оптоволоконных кабелей. На практике потери, вызванные макроизгибами, становятся существенными при λ=1550 нм и

Список литературы:

  1. Оптические кабели связи российского производства. Справочник/А.С. Воронцов, О.И.Гурин, С.Х. Михтядинов и др. – М.: Эко-Трендз, 2003. – 283 .
  2. http://www.ordinarytech.ru/erdets-1244-2.html
  3. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения.- М.; Компания САЙРУС СИСТЕМС,1999.- 671 с.
    ИМПУЛЬСНО-РЕФЛЕКТОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПОТЕРЬ НА МАКРОИЗГИБАХ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
    Written by: Токарева Ирина Александровна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/08/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)
    Available in: Ebook