Вимірювання загасання оптичних кабелів

Мал. 4.1. Схема вимірювання загасання ОК за допомогою оптичного тестера ОМКЗ - 76А

Мал. 4.2. Схема вимірювання загасання волоконного світловода

5.1. Схема вимірювання загасання оптичного кабелю методами двох відліків і зворотного розсіювання.

5.2. Результати вимірювань і розрахунків у вигляді табл. 4.1. і 4.2.

5.3. Порівняння отриманих результатів з нормами.

6. Теоретичні відомості

Довжина регенераційної ділянки ВОЛЗ поряд з іншими факторами залежить також від особливостей технології прокладки і монтажу оптичного кабелю, що впливають на загасання волоконних світловодів.

У зв'язку з цим виникає необхідність при організації будівельних робіт ВОЛЗ передбачити метрологічне забезпечення процесу прокладки і монтажу оптичного кабелю з метою контролю його загасання а на кожній фазі технологічного процесу, починаючи від вхідного контролю будівельних довжин і закінчуючи прямими вимірами змонтованої ВОЛЗ.

При передачі електромагнітної енергії по волоконному световоду можуть виникати три типи хвиль: направляються, що випромінюються і випливають

Щоб Їх хвилі проходять по серцевині волокна і забезпечують передачу корисної інформації.

Випромінювані хвилі вже на початку лінії випромінюються в простір і не поширюються уздовж світловода.

Випливають хвилі поширюються уздовж світловода, переходять в оболонку і поступово випромінюються в навколишній простір.

Щоб Їх хвилі, проходячи по серцевині волокна, загасають, тобто відбуваються втрати енергії сигналу. Існують дві головні причини: розсіювання і поглинання енергії. Частина потужності, що надійшла на вхід світловода, розсіюється внаслідок зміни напрямку розповсюджуваних променів на неоднорідностях і їх виходу за межі світловода (висвітлення). Інша частина потужності поглинається сторонніми домішками в склі, виділяючись у вигляді джоулева тепла при коливаннях частинок цих домішок. Таким чином, загасання волоконного світловода складається з загасання розсіювання і загасання поглинання. Втрати енергії на довжині волокна світловода в 1км характеризують коефіцієнт загасання

де: αр - кілометріческое загасання за рахунок розсіювання енергії, дБ / км.

αn - кілометріческое загасання за рахунок втрат при поглинанні енергії, дБ / км

Залежність αр і αn від довжини переданої хвилі показана на

Мал. 6.2. Як видно, втрати на розсіювання зі збільшенням довжини хвилі (зменшенням частоти) зменшуються. Втрати на поглинання в сторонніх домішок носять резонансний характер: їх максимальні значення знаходяться в області частот, на яких виникають механічні резонанси коливань домішок. Молекули однієї і тієї ж домішки, наприклад гідроксильних груп води ВІН, відчувають різні коливання (розтягування, кручення, вигин і т.д.), тому одна і та ж домішка дає кілька резонансних частот в характеристиці αn (λ). Для отримання волоконних світловодів з загасанням близько 1 дБ / км і менше треба мати дуже низькі концентрації домішок в матеріалі скла.

Це є головною причиною дорожнечі високочастотних волоконних світловодів для кабелів зв'язку.

Як видно з рис. 6.2. крива коефіцієнта загасання має мінімуми. Практика показала, що мінімуми відповідають довжинах хвиль 0,85, 1,3, 1,55мкм. Однак використовується також довжина хвилі 0,85 мкм.

Загасання ВОЛЗ багато в чому визначається якістю монтажу муфт оптичного кабелю, яке залежить від з'єднання волоконних світловодів та укладання їх всередині муфти. Одним із завдань при з'єднанні одиночних волоконних світловодів є досягнення і утримання взаємної юстирування торців сочленяющаяся світловодів. Іншим важливим завданням є забезпечення високої стабільності оптичного з'єднання, тобто збереження параметрів у часі незалежно від температури, вологості і числа повторних з'єднань. В реальних умовах неможливо забезпечити зазначені вище вимоги, тому в місцях з'єднань світловодів виникають втрати, величина яких залежить від якості їх сполучення. Для забезпечення малих втрат (а. Е -0,1αL. (6.2)

де Р0 - потужність сигналу на вході волоконного світловода, Вт;

Рl - потужність сигналу на виході волоконного світловода, Вт;

α - коефіцієнт загасання оптичного волокна на певній довжині хвилі оптичного випромінювання, дБ / км;

L - довжина волоконного світловода, км.

З (6.2) для коефіцієнта загасання в дБ / км, можна записати:

При рівнях сигналу Р0 і РL. виражених в дБ, формулу (6.3.) можна представити у вигляді:

Коефіцієнт загасання електричного кола від її довжини практично не залежить. Однак для оптичного кабелю коефіцієнт загасання в певному інтервалі залежить від довжини оптичного волокна (6.3.).

Як видно з рис. 6.3. коефіцієнт загасання зменшується спочатку різко за рахунок випромінюваних мод і, нарешті. стабілізується, коли в скловолокна є тільки направляються хвилі. Причому, як показала практика, моди випромінювання діють на відрізку кабелю від його початку до відстані не більше 3 м. Дія випливають хвиль закінчується на відрізку світловода близько 1 км.

Мал. 6.1. Тип хвиль, що проходять через оптичне волокно

Мал. 6.2. Залежність αp і αn від довжини хвилі

Мал. 6.3. Залежність коефіцієнта загасання від довжини

Тому на практиці при визначенні α світловода для точних вимірювань слід брати довжину волокна більше 1км (або нормується котушку волокна), а для наближених - не менше 3м.

Для вимірювання коефіцієнта загасання волоконних світловодів існують різні методи. Розглянемо один з них, званий методом двох відліків або методом порівняння сигналу на вході і виході волоконного світловода.

Принцип методу (4.1.) Заснований на вимірювання потужності сигналу на його вході в світловод Р0 і на його виході РL. Потім коефіцієнт загасання розраховується за формулами (6.3.) (6.4.). Потужність сигналу або його рівень по потужності вимірюється оптичним тестером або ваттметром оптичної потужності.

При наявності у вимірюваного волокна світловода зварних стиків і рознімних з'єднань при підключеннях до лазерного діода і фотоперетворювачах розрахункові формули (6.5.) І (6.6.) Мають такий вигляд:

де: а р.с. - затухання роз'ємного з'єднання, дБ (близько 1 дБ);

а н.с. - загасання нероз'ємного з'єднання, дБ (близько 0,02 дБ);

n1 - кількість рознімних з'єднань;

n2 - кількість нероз'ємних з'єднань;

l - довжина волоконного світловода, км.

Метод зворотного розсіювання для вимірювання втрат в волоконному световоде заснований на прийомі потоків зворотного випромінювання, що виникають в результаті відображення зондуючого імпульсу від розсіяних і локальних неоднорідностей.

В основу методу покладено вимір потужностей світлового потоку зворотного розсіювання, обумовленого розсіюванням Релея і відображенням Френеля.

Розсіювання світлової енергії відбувається внаслідок зміни напрямку розповсюджуваних променів при попаданні їх на неоднорідності. Частина променів висвічується за межі волокна, а частина відбивається і повертається до початку волокна. Розсіювання, що виникає за рахунок змін показника заломлення по довжині волокна, отримало назву розсіювання Релея.

Розсіювання енергії, обумовлене відображенням енергії від зосереджених неоднорідностей (локальних) по довжині волокна, носить назву відображення Френеля. Реєструючи рівень світлового потоку, що рухається в напрямку, протилежному напрямку поширення збудливого сигналу, можна визначити не тільки загасання сигналу, але і функцію його розподілу по довжині світловода, а також втрати в місцях локальних неоднорідностей, в точці з'єднання будівельних довжин кабелю.

Схема вимірювання загасання методом зворотного розсіювання зображена на рис.6.4.

Основними вузлами наведеної схеми є лазер Л, спрямований ответвитель АЛЕ, пристрій управління УУ, фотодетектор ФД, електронний осцилограф ЕО.

На рис. 6.5 показаний приклад діаграми зворотного розсіювання волоконного світловода. На кривій є сплески, відповідні відображенню світлового імпульсу від локальних неоднорідностей. Під локальними неоднорідностями розуміються неоднорідності в волокні або сполучних муфтах. Останній сплеск на кривій викликаний віддзеркаленням світлового поля від торця волокна. За кривої зворотного розсіювання можна визначити середнє значення коефіцієнта загасання світловода, дБ / км за формулою:

l1 l2. - довжина досліджуваної ділянки світловода, км.

Недоліками методу зворотного розсіювання є невисока точність і малий динамічний діапазон (дозволяє виміряти лінію з загасанням 51 ... 20 дБ). Більш точно вимірювання слід проводити з двох сторін світловода. Якщо в результаті вимірювання загасання були одержані значення загасання А1-2 для передачі зондірующнго імпульсу в напрямку від кінця 1 до кінця 2 і а2-1 для передачі від кінця 2 до кінця 1, то рзультірующее значення виміряного загасання визначається як середнє геометрічское з результатів двох вимірювань :

Мал. 6.4. Схема вимірювання загасання методом зворотного розсіювання

Мал. 6.5. Діаграма зворотного розсіювання оптичного волокна

1. На якому принципі заснована проходження оптичного сигналу по световоду?

2. Які типи хвиль поширюються по волоконному световоду?

3. Які фактори впливають на втрати оптичної енергії в световоде?

4. За рахунок чого виникають втрати на стиках волоконних світловодів?

5. Якими методами можна виміряти затухання волоконних світловодів?

У чому їх суть?

6. Яким чином розрахувати коефіцієнт загасання оптичних волоконних світловодів при вимірах?

7. Які існують норми на коефіцієнт загасання світловодів?

1. Визначення прискорення тіла при рівноприскореному русі
Прилади й матеріали: Вимірювання шляху і часу руху кульки, скачується по похилому жолобу, для визначення прискорення тіла.