Контрольно-измерительная аппаратура и ее технические характеристики

Методы измерения основных параметров

При разработке волоконно-оптических систем передачи информации (ВОСП) и усовершенствовании технологии их изготовления, необходимо владеть соответствующими методиками измерения рабочих характеристик передачи оптических волокон, кабелей, соединителей и других пассивных компонентов. Далее будут рассмотрены методы измерения лишь основных параметров компонентов ВОСП. Будут рассмотрены методы измерения:

• числовой апертуры оптических волокон и кабелей;

• вносимых оптических потерь;

• полосы пропускания или дисперсии оптических волокон и кабелей;

• длины волны отсечки в одномодовых оптических волокнах и кабелях;

• хроматической дисперсии в одномодовых оптических волокнах и кабелях;

• потерь на отражение в оптических соединителях;

• переходных затуханий в компонентах ВОСП;

• динамической нестабильности вносимых оптических потерь;

• коэффициента ошибок и других параметров передачи кодовых сообщений.

Особенности измерения параметров компонентов ВОСП, построенных на многомодовых оптических волокнах

Геометрические размеры многомодового волокна и профиль показателя преломления могут изменяться вдоль оси, причём дефекты могут быть локализованными или распределёнными. Сам материал волокна поглощает оптическое излучение, что приводит к уменьшению амплитуды полей, причём неодинаковому в сердцевине и оболочке, в связи с чем могут возникать дополнительные искажения. Различные неоднородности вызывают более или менее значительный обмен энергией между направлениями распространения света: это явление называется взаимодействием мод. Большая часть всех возможных мод оптических волокон являются модами распространения, но имеются моды излучения, а также моды потерь. Дефекты волокна могут служить причиной возникновения взаимодействия между модами распространения и паразитными модами и приводить тем самым к дополнительным искажениям характеристик передачи. Существуют и другие факторы влияющие на характеристики компонентов ВОСП: изогнутость волокна, рассеяние в волокне на микротрещинах или пузырьках, микроизгибы на поверхности волокна, образующиеся при его изготовлении или при изготовлении кабеля из волокна. Такие неоднородности, как правило, приводят к возникновению взаимодействия между модами распространения и паразитными модами и тем самым значительно усложняют интерпретацию результатов различных измерений. При наличии взаимодействия мод распределение энергии между модами и характеристики распространения стабилизируются на расстояниях до нескольких километров для высококачественных волокон. Характеристики передачи измеренные до достижения равновесия сильно зависят от условий ввода оптической волны в волокно и могут изменяться от измерения к измерению. Чтобы исключить такие эффекты и получить результаты, которые позволяли бы предсказывать поведение волокна на участке передачи, необходимо применение фильтров-смесителей мод.

Для формирования квазиравновесного распределения мод может быть использован фильтр-смеситель с оптическим волокном намотанным с механическим натяжением между роликами, расположенными на определённом расстоянии друг от друга. Существуют и другие конструкции фильтров-смесителей. Наиболее эффективны фильтры-смесители выполненные в виде состыкованных друг с другом отрезков многомодового оптического волокна с различными профилями показателя преломления. На рис. 6.1.1 представлена конструкция такого фильтра-смесителя из четырех отрезков оптического волокна.

Рисунок 6.1.1 Конструкция фильтра-смесителя

Особенности измерения параметров компонентов ВОСП, построенных на одномодовых оптических волокнах. Геометрические размеры одномодовых волокон таковы, что на рабочих длинах волн оптического диапазона в волокне может распространяться только одна мода. Однако, при вводе оптического излучения в волокно на начальном участке помимо основной моды возбуждаются оболочечные моды, распространяющиеся по кварцевой оболочке. Если не предпринимать дополнительных мер, оболочечные моды могут сохраняться на длине нескольких десятков метров. Поэтому, при измерении характеристик компонентов ВОСП на одномодовых оптических волокнах, необходим фильтр оболочечных мод. Обычно это катушка небольшого радиуса (не менее 30 мм) с оптическим волокном длиной около сотни метров. За счёт изгибов волокна происходит фильтрация оболочечных мод.