ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДВУХ ТОЧЕК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЗАТУХАНИЯ СИГНАЛА В ПАССИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ВОЛС

Джанузакова Р.Д., Амангелды К.

Затухание (или потери) энергии оптического сигнала в ОВ и в ОК обусловлено поглощением, рассеянием света на локальных неоднородностях и рэлеевским (молекулярным) рассеянием света на молекулах материала.

    Затухание за счет поглощения из-за дефектов материалов стали столь малыми, что они трудно поддаются измерениям и при мощности оптического сигнала менее 10 мВт, потери в ОВ определяются главным образом рэлеевским рассеянием. Этот тип рассеяния происходит на молекулах кварца SiO₂. Его мощность обратно пропорциональна четвертой степени длины волны, т. е. с ростом длины волны такие потери быстро уменьшаются.

    Дополнительные потери возникают в ОК при сращивании строительных длин. Они проявляются на локальных неоднородностях, местах сварки или склеивания торцов ОВ. К локальным неоднородностям относятся и плоские торцы на концах ОВ, от которых происходит отражение энергии в обратную (внутреннюю) сторону. Для кварцевого ОВ эти потери составляют примерно 4 % (или -14 дБ) от падающей мощности.

    Существует несколько методов измерения затухания оптического излучения при его распространении в ОВ: двухточечный, замещения, обратного рэлеевского рассеяния во временной области, вытяжки ОВ.

    Из перечисленных методов наиболее простым и достоверным, который применяется в строительстве, наладке и эксплуатации, является двухточечный.

Метод двух точек является по своей сути наиболее простым и заключается в измерениях мощности (Р0) вводимой в ОВ, и мощности, излучаемой Р1 на его выходе. Очевидно, что затухание, дБ, измеряемого объекта:

α = - 10 lg (Р1 /P2)

Следовательно, коэффициент затухания, дБ/км:

α = α₁ / l

Точность измерения затухания, даваемая этим методом, зависит от двух факторов: точности показаний прибора, измеряющего мощность (или величину, ей пропорциональную); точности определения доли мощности, вводимой в измеряемое волокно. Первый из этих факторов является очевидным. Остановимся на втором.

Измерение мощности на выходе излучателя не является проблемой, однако эта мощность неадекватна мощности, введенной в измеряемый объект, вследствие потерь на вводе; определение этих потерь с необходимой точностью затруднительно. Поэтому возможны два решения: определение и учет с нужной точностью значения потерь на вводе энергии в волокно в каждом случае измерений; снижение этих потерь до заведомо малого (пренебрежимого) значения. Очевидно, как в первом, так и во втором варианте точность измерений затухания будет ограничиваться точностью учета (или обеспечения малости) значения потерь на вводе. Второе решение является более конструктивным. На рис.1 представлена функциональная схема измерения, соответствующая этому методу.

Рисунок 1 –Схема измерения затухания ОК (или ОВ) методом двух точек:

1 – излучатель; 2 – скремблер; 3 – поглотитель (фильтр) оболочечных мод; 4 – калиброванный отрезок волокна; 5 – калиброванный разъем; 6 – калиброванная половина разъема; 7 – измеритель или индикатор мощности;

8 – измеряемый кабель

Источником возбуждения измеряемого кабеля является по существу не излучатель 1, а половина калиброванного разъема на выходе поглотителя оболочечных мод. Таким образом, половина разъема представляет собою излучатель равновесной структуры поля.

Во вторую половину калибровочного разъема закладывается входной торец измеряемого волокна. Диаметр сердцевины калиброванного отрезка волокна 4 и его числовая апертура заведомо меньше таковых измеряемого волокна. Разъем снабжен микроманипулятором, дающим возможность плавно с большой точностью юстировать разъем относительно торца измеряемого волокна так, чтобы мощность (или показания прибора 7, пропорциональные мощности), контролируемая на конце кабеля l, была максимальной.

Определив показание у1 прибора на конце кабеля, разъем размыкают и измеряют тем же прибором мощность у0 излучения калиброванным волокном 4 в разъеме 5. Очевидно, что при соблюдении указанных выше условий (для диаметров сердцевины, числовых апертур и оптимальной юстировки) второе измерение, дающее показание у0, определяет мощность (или пропорциональную ей величину) в начале кабеля.

Двусторонний доступ возможен, например, при измерениях на заводе или при входном контроле, когда кабель уложен на барабане или ОВ намотано на бобине. Если кабель уложен в траншее, т.е. оба его конца разнесены, то измерение по методу двух точек усложняется, так как его должны проводить два оператора у концов кабеля. При этом необходимо, чтобы измерители мощности, разнесенные по концам кабеля, имели бы идентичные параметры. В подобных случаях более удобными являются методы, обеспечивающие измерение при одностороннем доступе.

В местах соединения волокон могут присутствовать потери на отражение, достигающие до 4% на каждое соединение. Они возникают в местах, где свет переходит из плотной оптической среды в воздух и обратно.

Измерение потерь в световоде представляет собой достаточно сложную задачу. Полное затухание определяется коэффициентом затухания по формуле

a=10 lg (P₀/P₁), дБ    

Таким образом, измерив мощность на входе и выходе оптического световода, можно однозначно определить затухание в нём. Надо только не забыть учесть инструментальные погрешности средств измерения и внешние (а также внутренние) факторы, влияющие на значение затухания световода.

Для многомодовых световодов необходимо, кроме того, обеспечить режим равновесия мод (энергетическое равновесие между отдельными модами). Схема измерения приведена ниже:

Рисунок 2. Схема измерения

1 и 3 - оптические разъемы, 2 - измеряемое волокно

Работа по проведению измерения затухания проводится в два этапа. Сначала к оптическому разъему источника подключается короткий отрезок волокна, другой конец которого подключается к оптическому разъему измерителя уровня оптической мощности, и измеряется уровень опорного сигнала Р0. Затем этот кусок волокна отключается от измерителя и подключается к измеряемому волокну. К другому концу измеряемого волокна подключается тот же самый измеритель и производится замер уровня Р1. После этого по разности уровней рассчитывается коэффициент затухания. Двухточечный метод измерения наиболее широко распространенный на практике ВОЛС.