Лекции по Физико-технологическим основам волоконно-оптической техники   

8. Измерение оптических параметров ОВ

8.2. Геометрические размеры ОВ.

         Геометрические размеры в ОВ измеряются с помощью микроскопа (обычно специализированного –"Fiber-check"), обеспечивающего точность измерения десятые доли мкм. К измеряемым геометрическим параметрам относятся: диаметр кварцевого волокна, диаметр волокна с защитным покрытием, неконцентричность сердцевины и волокна, некруглость волокна, диаметр модового пятна и т. д. В таблице 5.2 приведены типичные значения этих параметров для стандартных одномодовых ОВ (типа SM-28).

8.3. Измерение потерь

         Существуют три метода измерения потерь (коэффициента затухания) в ОВ: метод "облома", метод обратного рассеяния и измерение потерь с помощью оптических тестеров (мультиметров).

1. Метод облома наиболее широко используется для измерения спектральной зависимости полных потерь в ОВ. Схема метода показана на рис. 8.3.

Рис. 8.3. Схема измерения потерь в волокне методом «облома»: 1 – источник света с монохроматором, 2 – место облома, 3 – тестируемое волокно, 4 - фотоприемник

Свет через монохроматор на определенной длине волны (1) вводится в ОВ (3) и затем попадает на фотоприемник (4). Сначала (рис. 8.3а) снимают спектральное пропускание света большим отрезком волокна (Lдл.), затем, не трогая систему ввода света в волокно, обламывают его, оставляя отрезок длиной 2-5 м (Lкор.), и измеряют спектральное пропускание короткого отрез-

ка ОВ (рис. 8.3б). Величину потерь для каждой длины волны определяют по формуле:

  дБ/км                                               (8.1),

где Ркор. и Рдл. – интенсивности света на выходе из короткого и длинного кусков волокна соответственно. Спектральную зависимость потерь часто строят в масштабе a=f(l-4), что дает возможность определить коэффициент Рэлеев

ского рассеяния (А) и величину "серых" потерь (В). Для примера на рис. 8.4 приведена подобная спектральная зависимость полных потерь в одном из образцов одномодового ОВ с германосиликатной сердцевиной. В данном случае А = 1,39 дБ/км*мкм 4 и В=0,23 дБ/км. Пик в области 1…1,15 мкм обусловлен отсечкой высшей моды, а пики на l = 1,25 и 1,38 мкм – гидроксильными группами.

Рис. 8.4. Спектральная зависимость полных потерь в образце ОВ с германосиликатной сердцевиной, построенная в координатах α=f (λ-4)

2. Метод обратного рассеяния применяется для измерения потерь на определенной длине волны (обычно 1,3 или 1,55 мкм) с помощью рефлектометра. Принцип работы рефлектометра (OTDR – Optical Time Domain Reflectometer) следующий: в ОВ посылают мощный оптический импульс, который рассеиваясь на неоднородностях (в том числе рэлеевских), возвращается назад и с помощью ответвителя поступает на фотоприемник. Измеряя мощность и время запаздывания импульсов, вернувшихся обратно в рефлектометр, можно определить величину погонных потерь и потери на отдельных "дефектных" участках (например, в местах сварки волокон). На рис. 8.5 приведена блок-схема рефлектометра, а на рис. 8.6 показана типичная рефлектограмма, по которой можно вычислить как погонные потери в ОВ, так и величину отдельных дефектов.

Рис. 8.5. Блок- схема рефлектометра: а) – оптический модуль, б) - базовый модуль: 1 – импульсный генератор, 2 - лазерный диод, 3 – ответвитель, 4 – оптический разъем, 5 – оптическое волокно, 6 – АЦП, 7 – фотоприемник, 8 – микропроцессоры RISC и Intel, 9 - дисплей

Величина потерь вычисляется в этом случае по формуле:

a(z) = 5 lg (P0/Pz) – 5 lg(S0/Sz)                                               (7.2),

где P0 и Pz – мощности импульса в начале и в конце волокна длиной (z), S0 и Sz – коэффициенты рассеяния в начале и в конце волокна. Коэффициент перед логарифмами равен 5, а не 10 (как в уравнении 1.4) поскольку импульс проходит двойное расстояние: от начала к концу и затем возвращается назад к началу волокна.

 Если коэффициент рассеяния постоянен вдоль всего волокна (линии), т.е. Sz=S0, то второе слагаемое обращается в ноль, и показания рефлектометра будут прямо пропорциональны величине потерь в волокне (линии). Вариации коэффициента рассеяния возникают, в основном, из-за вариаций диаметра модового пятна, что приводит к появлению систематической погрешности, пропорциональной величине изменения диаметра модового пятна (Dw/w). Эту систематическую погрешность можно устранить, если измерить рефлектограммы с обеих сторон волокна (линии), тогда полусумма рефлектограмм будет показывать изменение коэффициента рассеяния, а полуразность рефлектограмм – изменение величины потерь.

Следует отметить, что рефлектометры используются не только для измерения потерь в волокнах, оптических кабелях и линиях связи, но и для измерения расстояний до неоднородностей волокне (дефектов сварки, трещины в волокне и т.д.), которые после обнаружения можно устранять.

Погрешность измерений возникает за счет:

-                    инструментальных ошибок, связанных с неточность измерения начала и конца волокна, с ошибками в калибровке горизонтальной шкалы;

-                    методических ошибок, возникающих из-за того, что неоднородности на рефлектограмме получаются разными для отражающей и неотражающей неоднородности;

-                    ошибок оператора и т.д.

Рис. 8.6. Типичная рефлектограмма линии передачи. По вертикальной оси в логарифмическом масштабе откладывается мощность вернувшихся в рефлектометр импульсов, а по горизонтальной оси – расстояние до места отражения

3. Схема измерения потерь в волокне с помощью мультиметров (оптических тесторов) показана на рис. 8.7. В начале оператор, соединив вход и выход мультиметра оптическим шнуром, измеряет величину опорного сигнала. Затем он отсоединяет разъем шнура от розетки фотоприемного блока и подсоединяет через розетку к началу волокна (линии), а выходной конец волокна подсоединяет к фотоприемному блоку второго мультиметра. Величина потерь (с учетом разности показаний фотоприемных блоков, полученных в процессе их сверки) рассчитывается по формуле:

a (дБ) = опорный сигнал в дБм – сигнал в дБм                 (8.3),

где дБм – мощность оптического излучения (Р), соотнесенная с 1 мВт, т.е.

a = 10 lg (P/1 мВт)                                    (8.4).

Измерение потерь с помощью мультиметров проводится на конкретных длинах волн (обычно 0,85; 1,3 или 1,55 мкм).

При такой системе измерений погрешность возникает в основном по следующим причинам:

·        нестабильность источника излучения,

·        нелинейность шкалы мультиметра,

·        разная чувствительность фотоприемных блоков на разных концах волокна (линии),

·        отклонение величины потерь в разъемах от их номинального значения.

Рис. 8.7. Измерение потерь с помощью мультиметров: а) – измерение мощности излучения, прошедшего через линию, б) – измерение опорного сигнала, в) – сверка фотоприемных блоков



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.