Полоса пропускания (дисперсия) относится к основным параметрам оптических кабелей, определяющим информационно-пропускную способность кабеля. Для измерения полосы пропускания многомодовых кабелей могут быть использованы импульсные и частотные методы.

Импульсный метод. Метод основан на последовательной регистрации импульсов оптического излучения на выходе волокна измеряемого кабеля и на выходе его короткого отрезка, образованного за счет обрыва в начале волокна. Для измерения отбирают отрезки кабеля с известной длиной, прошедшие испытание на оптическую целостность методом обратного рассеяния. Минимальная длина кабеля указывается в стандартах или ТУ на конкретный оптический кабель. Торцовые поверхности оптических волокон измеряемого кабеля должны быть перпендикулярны оси волокна и не иметь сколов и повреждений, препятствующих прохождению оптического излучения.

Измерение передаточных характеристик импульсным методом проводят на установке, схема которой указана на рисунке 5.8.

В качестве источника излучения применяют оптические источники типа полупроводникового лазера, светодиода и т.п., позволяющие получить импульсное оптическое излучение с длительностью импульса, обеспечивающей измерение передаточных характеристик конкретного оптического ка-беля. Длина волны и спек-тральная ширина источника излучения должна соответствовать требованиям, установленных в стандартах или ТУ на оптический кабель.

Блок управления должен обеспечивать генерацию электрических импульсов требуемой длительности и мощностью, согласованной с источником излучения, а также вырабатывать импульсы синхронизации с регулируемой задержкой.

Приемник излучения должен обеспечивать регистрацию всего конуса излучения, выходящего из оптического волокна и иметь полосу пропускания, обеспечивающую требуемое временное разрешение импульса источника излучения. Преобразовательная характеристика приемника должна быть линейной. Регистрирующее устройство должно обеспечивать регистрацию сигналов с приемника излучения в соответствующем диапазоне длительностей.

С помощью устройства ввода проводят юстировку входного торца измеряемого волокна по максимуму сигнала на выходе приемника излучения, регистрируют форму импульса на выходе волокна измеряемого кабеля.

Не изменяя положения волокна в устройстве ввода, обламывают отрезок волокна длиной (10,2) м после фильтра мод оболочки.

Подготовленный выходной торец волокна устанавливают относительно приемной площадки так, чтобы на неё попадало всё излучение с выходного торца. Вновь регистрируют форму импульса на выходе короткого отрезка волокна. Зарегистрированную форму импульса принимают за форму импульса на выходе волокна измеряемого кабеля.

Передаточную характеристику в частотном представлении К(jw) определяют по формуле

, (5.6.1)

где: Р₁(jw) и Р₂(jw) – спектральная плотность мощности импульса на входе и выходе волокна измеряемого кабеля.

Модуль комплексной функции K(jw) есть амплитудно-частотная модуляционная характеристика измеряемого кабеля.

При этом значение спектральной плотности мощности входного (выходного) импульсов определяют по формуле

(5.6.2)

где U_1,2(t) – зарегистрированный импульс на входе (выходе) волокна измеряемого кабеля.

Значение ширины полосы пропускания принимают равной частоте, на которой амплитудно-частотная характеристика изменилась (уменьшилась) на 3 дБ, рисунок 5.9.

Если импульсы на входе и выходе измеряемого кабеля имеют гауссовскую форму, то полосу пропускания определяют на основании измерения длительности импульсов. В этом случае DF_L, МГц, вычисляют по формуле

DF_L=,

где t_ивх, t_ивых – определяемые по уровню 0,5 длительности импульсов на входе и выходе кабеля соответственно, нс.

Поскольку величина t = есть оценка дисперсии кабеля, то импульсный метод и является методом измерения дисперсии.

При необходимости проводят расчет импульсного отклика по формуле

(5.6.3)

Частотный метод основан на сравнении зависимостей изменения сигнала на выходе волокна измеряемого кабеля и на выходе короткого его отрезка от частоты модуляции оптического сигнала.

Измерение передаточных характеристик частотным методом проводят на установке, схема которой указанна на рисунок 5.10.

В качестве источников излучения применяют оптические источники (светодиоды, полупроводниковые или другие лазеры), обеспечивающие модуляцию оптического излучения в полосе частот, превышающей ширину полосы пропускания измеряемого оптического кабеля. Длина волны и спектральная ширина источника излучения должны соответствовать требованиям, установленным в стандартах или технических условиях на измеряемый оптический кабель.

Задающий генератор должен иметь полосу частот перестройки, превышающую ширину полосы пропускания измеряемого оптического кабеля.

Приемник излучения должен обеспечивать регистрацию всего конуса, выходящего из оптического волокна излучения, и иметь полосу пропускания, превышающую полосу пропускания измеряемого кабеля. Преобразовательная характеристика приемника должна быть линейной.

Регистрирующее устройство должно обеспечивать регистрацию сигналов с приемника излучения в соответствующем диапазоне частот модуляции источника излучения.

С помощью задающего генератора устанавливают частоту модуляции оптического сигнала. Изменяя частоту модуляции, регистрируются зависимости переменной составляющей сигнала от частоты модуляции. Не изменяя положения волокна в устройстве ввода, обламывают волокно после фильтра мод оболочки, оставляя отрезок волокна длиной (10,2) м. Выходной торец короткого отрезка волокна подготавливают так же, как и в импульсном методе. Подготовленный выходной торец волокна устанавливают относительно приемной площади так, чтобы на нее попадало все излучение с выходного торца. Вновь регистрируют зависимость переменной составляющей сигнала на выходе короткого отрезка волокна от частоты модуляции.

Стоят график отношения значений сигналов переменной составляющей на выходе короткого отрезка и всего кабеля от частоты модуляции, то есть амплитудно-частотную характеристику измеряемого оптического кабеля. Значение ширины полосы пропускания оптического кабеля принимают равной частоте, на которой амплитуда сигнала амплитудно-частотной характеристики уменьшилась на 3 дБ.

Коэффициент широкополосности (К) оптического волокна измеряемого кабеля определяют по формуле

К=, (5.6.4)

где - ширина полосы пропускания измеряемого оптического кабеля, МГц;

L - длина измеряемого кабеля, км;

m - эмпирический параметр, установленный в стандартах или технических условиях на конкретный оптический кабель.

Для одномодовых кабелей нормируется хроматическая дисперсия. В паспортных данных указывается коэффициент хроматической дисперсии, который определяется как уширение оптического импульса на 1,0 км ОВ, отнесенное к полосе длин волн источника излучения.

Для измерения хроматической дисперсии одномодовых кабелей используются метод временной задержки и фазовый метод. Оба метода удовлетворяют требованиям точности и воспроизводимости результатов и одобрены МККТТ. Однако метод временной задержки реализовать сложнее, поскольку из-за того, что значения коэффициента хроматической дисперсии кабелей связи менее 1,5 пс/(нм×км), он требует применения чрезвычайно быстродействующих устройств.

Фазовый метод более прост в реализации, поэтому чаще применяется на практике. Метод основан на измерении фазового сдвига сигнала, модулированного по интенсивности излучения, которым зондируются ОВ кабеля на различных длинах волн. Частота модуляции интенсивности обычно фиксирована и лежит в пределах 30 … 100 МГц. Измерение зависимости фазового сдвига между сигналами от длины волны позволяет найти зависимость временной задержки сигнала от и ее производную – хроматическую дисперсию [23]

. (5.6.5)

Обычно измерения производят по точкам, а затем полученную зависимость аппроксимируют многочленом. Как правило, все вычисления и сам процесс измерения выполняются автоматически с помощью микропроцессорных устройств, встроенных в средства измерения, или внешней персональной ЭВМ. Точность данного метода порядка 1,0 пс/(нм*км). Переход на лазерное излучение и более высокую частоту модуляции позволяет повысить точность измерения.