Наиболее существенное достоинство рефлектометра с синтезированной функцией когерентности заключается в непосредственном получении данных измерений без каких-либо сложных вычислений, необходимых для других методов. Вторым существенным фактором является то, что экспериментальная аппаратура не содержит подвижных частей, например, сканирующих зеркал и т.п.

Рисунок 20 - Упрощенная блок-схема рефлектометра с синтезированной функцией когерентности.

Чувствительность, а, следовательно, и динамический диапазон данного метода преимущественно определяется схемой гетеродинного приема. Достигаемая чувствительность может быть менее - 130 дБ/мВт. Более того, данный метод не обладает мертвой зоной, обусловленной френелевскими отражениями.

Они устраняются узкой функцией когерентности. Динамический диапазон измерения преимущественно ограничивается существованием функции когерентности подпиков.

Пространственная разрешающая способность определяется полной шириной на половинном уровне основного пика функции когерентности

(19)

v_g - групповая скорость, N - число ступенек в модулирующем сигнале, f_s - частота разнесения

Период следования пиков определяется диапазоном измерения

(20)

Пространственная разрешающая способность возрастает с увеличением числа ступенек в одном периоде сигнала частотной модуляции и частоты разнесения в первой ступеньке модулирующего сигнала. Наоборот, диапазон измерения определяется только частотой разнесения в первой ступеньке модулирующего сигнала.

С экспериментальной точки зрения, наиболее существенная проблема связана нелинейностью зависимости между амплитудой тока инжекции и частотой оптического излучения лазерного диода, а также изменением частоты, вызванным сигналом модуляции (переходные процессы). Оба фактора могут быть компенсированы предыскажением модулирующего сигнала и применением специальных оптических фильтров и дифракционных решеток.

2.8 Бриллюэновская оптическая рефлектометрия

Надежность волоконно-оптических линий связи невозможно оценить, не имея достоверной информации о натяжении волокна в кабеле. Актуальность такой задачи стимулировала исследования тонких оптических эффектов в волокне, в результате чего возникла бриллюэновская рефлектометрия. В настоящий момент известно несколько типов бриллюэновских рефлектометров. Большинство из них определяют зависимость распределения механических нагрузок вдоль ВС по задержке между зарегистрированным бриллюэновским сдвигом и модулированным импульсом излучения накачки, при известной скорости распространения света в ВС. Данный метод известен под названием бриллюэновская оптическая рефлектометрия во временной области (Brillouin Optical Time Domain Reflectometry - BOTDR). Некоторые типы BOTDR основаны на регистрации спонтанного бриллюэновского сигнала: короткие импульсы накачки монохроматичного излучения вводятся в один конец исследуемого ВС, в то время как обратнорассеянный с этого же конца свет автогетеродинируется с источником импульсов накачки, что приводит к изменению спектра сигнала. Другие методы основаны на вынужденном рассеянии Бриллюэна, для чего требуется одновременное распространение в противоположных направлениях по исследуемому ВС зондирующих им: пульсов и импульсов накачки. Импульсы накачки имеют ту же часто: ту, что и сигнал бриллюэновского рассеяния, амплитуду которого необходимо измерить. В этом случае степень натяжения ВС оценивается по коэффициенту бриллюэновского усиления, а не по абсолютной мощности бриллюэновского сигнала. Значительное улучшение пространственной разрешающей способности и скорости измерения можно получить при использовании корреляционного анализа бриллюэновского сигнала (Brillouin Optical Correlation Domain Analysis - BOCDA). В настоящий момент существуют только экспериментальные образцы, реализующие данный принцип. К недостаткам корреляционного анализа и технологиям на основе вынужденного бриллюэновского сигнала относится необходимость доступа к обоим концам ВС и полная неработоспособность в случае его повреждения. Метод симметричной двухчастотной бриллюэновской рефлектометрии имеет следующие преимущества: не требуется использование серии измерений с перестройкой частоты, и определение интенсивности бриллюэновского сигнала осуществляется на независимой от частотного канала частоте. Рост практического применения бриллюэновских рефлектометров в последнее время сдерживается сложностью оборудования для обработки обратнорассеянного сигнала и его высокой стоимостью. Известные на данный момент рефлектометры имеют ряд недостатков: большая длительность одного цикла измерений, наличие сложных дорогостоящих узлов: сдвигатель частоты, стабильный одночастотный лазер, субнаносекундные импульсные усилители, преобразователи и др. Отсюда следует необходимость в разработке эффективного способа обработки сигнала бриллюэновского рассеяния.

Рисунок 21 - Бриллюэновский рефлектометр

3. Требования к измерениям длины световода для волоконно-оптических систем связи и передачи информации

Требования распространяются на государственную поверочную схему для средств измерений длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны оптического излучения для волоконно-оптических систем связи и передачи информации и устанавливает назначение государственного специального эталона единиц длины L - метр (м) и времени t - секунда (с) распространения сигнала в световоде, средней мощности P_ср - ватт (Вт), ослабления А - децибел (дБ) и длины волны l - метр (м) для ВОСП, комплекс основных СИ, входящих в его состав, основные метрологические характеристики ГСЭ и порядок передачи размеров единиц от ГСЭ при помощи рабочих эталонов рабочим СИ с указанием погрешностей и основных методов передачи размеров единиц.

ГСЭ применяют для воспроизведения и хранения единиц длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны для ВОСП и передачи размеров единиц при помощи рабочих эталонов рабочим СИ.

Диапазон значений, воспроизводимых ГСЭ, составляет:

от 10 до 5 · 10⁵ м - для длины распространения сигнала L на фиксированных длинах волн в диапазоне от 0,85 до 1,70 мкм.

от 1 · 10^-7 до 5 · 10^-3 с - для времени распространения сигнала t на фиксированных длинах волн в диапазоне от 0,85 до 1,70 мкм;

от 1 · 10^-4 до 1 · 10^-3 Вт - для средней мощности P_ср на фиксированных длинах волн в диапазоне длины волны л от 0,6 до 1,7 мкм;

от 0,05 до 60,00 дБ - для ослабления А на фиксированных длинах волн в диапазоне от 0,85 до 1,70 мкм;

от 1,1 до 1,7 мкм - для длины волны л.

ГСЭ обеспечивает воспроизведение единицы:

длины распространения сигнала в световоде со средним квадратическим отклонением результата измерений S_L, не превышающим 1,5·10^-2 м при десяти независимых наблюдениях. Неисключенная систематическая погрешность И_L

в пределах от 6,50 · 10^-2 до 0,45 м;

времени распространения сигнала в световоде с СКО результата измерений S_t, не превышающим 1,5 · 10^-10 с при десяти независимых наблюдениях. НСП И_t - в пределах от 0,65 · 10^-9 до 4,50 · 10^-9 с;

средней мощности излучения ВОСП с СКО результата измерений S_0P, не превышающим 0,06 · 10^-2 при десяти независимых наблюдениях. НСП И_0P - не более 0,085 · 10^-2;

ослабления в ВОСП с СКО результата измерений S_A в пределах от 3 · 10^-3 до 5 · 10^-2 дБ при десяти независимых наблюдениях. НСП И_A - в пределах от 8,0 · 10^-3 до 1,6 · 10^-1 дБ;

длины волны в ВОСП с СКО результата измерений S, не превышающим 9,1 · 10^-8 мкм при десяти независимых наблюдениях. НСП И - не более 9 · 10^-7 мкм.

Для обеспечения воспроизведения единиц длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны в ВОСП с указанной точностью следует соблюдать правила хранения и применения ГСЭ, утвержденные в установленном порядке.

ГСЭ применяют для передачи размеров единиц длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны для ВОСП рабочим эталонам и высокоточным рабочим СИ методом прямых измерений или сличением при помощи компаратора (калориметрического приемника и источников излучения).

В качестве рабочих эталонов единиц длины распространения сигнала и ослабления оптического излучения в световодах применяют оптические генераторы временных интервалов и длины распространения сигнала и нормируемых значений ослабления в диапазонах L - от 6·10^-2 до 6·10² км и А - от 0,5 до 25,0 дБ.

Доверительные границы абсолютных погрешностей д_L и д_A рабочих эталонов при доверительной вероятности 0,95 составляют, соответственно, (0,2 + 1,0 · 10^-5 L) м и 0,02 А дБ.

Рабочие эталоны применяют для поверки рабочих СИ методом прямых измерений или сличением при помощи компаратора (набора световодов и оптического рефлектометра).

В качестве рабочих СИ применяют:

а) оптические рефлектометры на фиксированных длинах волн в диапазоне длины волны л от 0,85 до 1,70 мкм с диапазоном измерений длины распространения сигнала L от 0,1 до 500,0 км и пределом допускаемой абсолютной погрешности Д_L, равным (1 + 2 · 10^-5L) м, а также с диапазоном измерений ослабления А от 0,5 до 25,0 дБ и пределом допускаемой абсолютной погрешности ослабления Д_A 0,05 А дБ;

б) СИ расстояния до неоднородности в световодах на фиксированных длинах волн в диапазоне длины волны л от 0,85 до 1,70 мкм с диапазоном измерений длины распространения сигнала L от 0,1 до 300,0 км и пределами допускаемой абсолютной погрешности ДL от 1 до 30 м;

в) оптические высокоточные рефлектометры в диапазоне длин волн от 0,85 до 1,70 мкм с диапазоном измерений длины распространения сигнала L от 0,1 до 500,0 км и пределом допускаемой абсолютной погрешности Д_L, равным (0,1 + 2,0 · 10^-5 L) м, а также с диапазоном измерений ослабления А от 0,5 до 25,0 дБ и пределом допускаемой абсолютной погрешности ослабления Д_A, равным 0,025 А дБ;

г) СИ удлинения световодов на длинах волн л в диапазоне от 0,85 до 1,70 мкм с диапазоном измерений удлинения L от 5 · 10^-3 до 5 м и пределом допускаемой абсолютной погрешности Д_L от 1 до 10 мм;

Рисунок 22 - Государственная поверочная схема для средств измерений длины и времени распространения сигнала в световоде

3.1 Методы измерений в волоконной оптике

Стремление повысить плотность передаваемой через оптоволокно информации и энергии приводит к микро - и даже наноструктурированию его сердцевины, диаметр которой составляет 10 микрон для стандартных одномодовых волокон и 50…100 микрон для многомодовых. Работы по усложнению структуры световедущей области волокна 6 предъявляют новые требования (стандарты) к применяемым средствам измерений и их метрологическому обеспечению. Эти средства измерений должны обладать новыми функциональными возможностями, расширенными диапазонами и повышенной точностью, что ужесточает требования к уровню обеспечения единства измерений. В первую очередь это относится к точности исходных эталонов, их совершенствованию и созданию новых эталонов. В этой развивающейся области знаний необходимо опережающее развитие метрологии, поскольку именно уровень точности и достоверности измерений способен либо стимулировать развитие соответствующих отраслей, либо служить сдерживающим фактором. Развитие сверхточных измерений ставит особые задачи перед стандартизацией и метрологией. Законы квантовой физики отличны от законов макромира. Это неизбежно сказывается на применяемых здесь методах и средствах исследований и измерений. Требуются совершенно новые приборы, а порой и сами принципы измерений. Необходима унификация и четкая классификация метрологического оборудования, в частности сканирующих микроскопов. Не исключено также появление новых единиц физических величин для целей измерений в нано - (10^-9), пико - (10^-12), фемто - (10^-15) диапазонах. Вместе с тем актуальными остаются стандартные методы тестирования затухания излучения оптоволоконных линий для минимизации полных потерь, прогнозирования надежности, срока службы. Потери могут превысить заданное значение на каком-нибудь участке линии, чаще всего из-за избыточного натяжения волокон в кабеле, наличия дефекта в сварном соединении волокон или сильного изгиба волокон в муфте.

Метрология в широком понимании представляет собой науку об измерениях, обеспечении их единства, способах достижения требуемой точности, а также методах и средствах достижения указанных целей. Метрология служит теоретической основой измерительной техники. Создана система, направленная на всеобщее обеспечение единства мер и единства измерений. Эта система обеспечивается единой государственной службой, которая раньше при ограниченной измерительной технике именовалась службой мер и весов. В настоящее время, когда диапазон деятельности этой службы возрос во много раз, она называется метрологической службой страны. Проблема обеспечения высокого качества продукции находится в прямой зависимости от степени метрологического обслуживания производства. Это прежде всего умение правильно измерять параметры качества материалов и комплектующих изделий, поддерживать заданные технологические режимы, т.е. измерять множество параметров технологических процессов, результаты измерений преобразуются в управляющие команды. Метрология органически связана со стандартизацией, и эта связь выражается прежде всего в стандартизации единиц измерений, системы государственных эталонов, средств измерений и методов поверок, в создании стандартных образцов свойств и составов веществ. В свою очередь, стандартизация опирается на метрологию, обеспечивающую правильность и сопоставимость результатов испытаний материалов и изделий, а также заимствует из метрологии методы определения и контроля качества.

Единство измерений - это состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы. Иными словами, единство измерений основано на четырех основных принципах: результаты выражены в узаконенных единицах; размер единиц, хранимых средствами измерений, равен размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами; погрешности результатов измерений известны; погрешности измерений не выходят за установленные пределы.

Рисунок 23 - Прослеживаемость измерений

Прослеживаемость - свойство эталона единицы величины или средства измерений, заключающееся в документально подтвержденном установлении их связи с государственным первичным эталоном соответствующей единицы величины посредством сличения эталонов единиц величин, поверки, калибровки средств измерений. Государственная система измерений (ГСИ) должна трактоваться как система управления деятельностью по обеспечению единства измерений. [8]

Рисунок 24 - Классификация эталонов

Эталон единицы физической величины - средство измерений (или комплекс средств измерений), предназначенное для воспроизведения и (или) хранения единицы и передачи ее размера нижестоящим поверочной схеме средствам измерений и утвержденное в качестве эталона в установленном порядке.

Государственный эталон единицы величины - эталон единицы величины, находящийся в федеральной собственности. Статус государственным эталонам присваивается Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии.

Первичный эталон - эталон, обеспечивающий воспроизведение единицы с наивысшей в стране (по сравнению с другими эталонами той же единицы) точностью. Государственный первичный эталон - первичный эталон, признанный решением уполномоченного на то государственного органа в качестве исходного на территории государства.

Вторичный эталон - эталон, получающий размер единицы непосредственно от первичного эталона данной единицы. Эталон сравнения - эталон, применяемый для сличений эталонов, которые по тем или иным причинам не могут быть непосредственно сличены друг с другом.

Рабочий эталон - эталон, предназначенный для передачи размера единицы рабочим средствам измерений.

4 Сравнительный анализ метрологических характеристик методов и средств измерения длины световода

Таблица 2 - Сравнительная характеристика методов измерения.

Метод	Разрешение	Длина
OCDR	10мкм	До 100 м
OFDR	32 см	До 80 км
OTDR	40 м	100 - 200 км
ЧСА Интерферометр Саньяка	15 м	До 60 км
Корреляционная рефлектометрия	50 см	160 км

Таблица 4 - Сравнительная характеристика оборудования

OTDR VISA	1,5; 3; 5; 10; 20; 40; 80; 160 км	OTDR
OVA 5000	до 75 м + - 1мм	OFDR
Дунай	40 км (±10м)	OCDR
JDSU MTS-2000	200км (±1м)	OTDR
OFLM 200	500м	OFDR

Согласно рекомендациям МСЭ-T G 651-655 и ГОСТу 8.585 наш выбор остановился на рефлектометре JDSU MTS-2000 так как он удовлетворяет нашим условиям. Отсюда можно сделать вывод, что для очень длинных линий желательно использовать OСDR методику, а для более точного определения события на небольших расстояниях можно воспользоваться OCDR методикой.

Рисунок 25 - Классификация современных методов

5. Экспериментальное исследование и подтверждение метрологических характеристик предложенного метода измерения длины световода

С помощью выбранного рефлектометра разработано методическое пособие для метрологической лаборатории.

Исследуемое оптоволокно (или линию связи) соединяют с рефлектометром. При использовании компенсирующей катушки с оптоволокном линию подключают к одному концу компенсирующей катушки, другой конец катушки соединяют с рефлектометром.

Параметры измерений: длину волны источника излучения ОРВО, длительность импульса, диапазон длины, измеряемой ВОЛС и время измерений (усреднения) вводят в рефлектометр вместе c групповым показателем преломления ОВ. Значения некоторых из этик параметров могут быть предустановленны в памяти ОРВО. Кроме того, оптимальное значение таких параметров как длительность импульса, диапазон длины, измеряемой ВОЛС, время измерений (усреднения) могут определяться рефлектометром в ходе измерений автоматически.

Собрать экспериментальную установку:

1 - оптический рефлектометр, 2 - коннекторы, 3 - нормализующая катушка Ln, 4 - патч-корд, 5 - одномодовое оптическое волокно длиной Lf

Рисунок 25 - Экспериментальная установка

Для начала мы установили длины волн рефлектометра 1310 и 1550 нм, групповой показатель преломления 1,4670 для дины волны 1310 и 1,4676 для длины волны 1550 нм. Установили диапазон длин L равный 1 км. Оптимальные условия (длительность зондирующего импульса 5 нс, время усреднения 2 мин, количество точек регистрации 256000) для записи рефлектограмм с целью определения длины нормализующей катушки Ln. Зарегистрировав рефлектограмму, определили методом двух точек длину нормализующей катушки. Погрешность смещения нуля и вклад погрешности измерения временных интервалов в погрешность измерения длины оптоволокна определили по техническому описанию рефлектометра JDSU MTS 2000. Разрешение по расстоянию L₀ =4 см определено по параметрам регистрации рефлектограмм в соответствии с формулой L0 = L/N с учетом примечания, границы ± ДLин - в соответствии с формулой ДLин = ДLt + L0.

После этого скорректировали значения показателя преломления. Для этого воспользовались формулой:

t= (21)

Так как расстояние до некоторой точки рефлектограммы пропорционально времени, получим

L₁n_g1=L₂ n_{g2, (}22)

где L и n_g - длина и установленный групповой показатель преломления в экспериментах.

Заключение

В дипломной работе были рассмотрены современные методы измерения длины волны световода. Была разработана методика измерения длины световода. Для нашей методики был выбран рефлектометр JDSU MTS-2000, который удовлетворяет всем условиям и соответствует ГОСТ.

Изучены нормативные документы, регламентирующие требования к измерению длины световода для волоконно-оптических систем связи и передачи информации.

Проведено сравнительное исследование современных методов измерения длины световода.

Разработана лабораторная работа "Методы измерения длины световода" по дисциплине "Метрология пассивных компонентов ВОСПИ"

Список использованных источников

1. Листвин А.В. Рефлектометрия оптических волокон. / А.В. Листвин В.Н. Листвин - М.: "ЛЕСАРарт", 2005. - 150 с.

2. Бакланов И.Г., Методы измерений в системах связи / И.Г. Бакланов - М.: Эко-Трендз, 1999. - 195 с.

3. ГОСТ Р 8.585 - 2005. Государственная поверочная схема для средств измерений длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны для волоконно-оптических систем связи и передачи информации - М.: Изд-во стандартов, 2005. - 11 с.

4. ГОСТ Р МЭК 60793-1-22-2012 Волокна оптические. Часть 1-22. Методы измерений и проведение испытаний. Измерение длины - М.: Изд-во стандартов, 2013. - 27 с.

5. Мишина В.М. Основы стандартизации, метрологии и сертификации / В.М. Мишина. - М.: Юнити-Дана, 2012. - 447 с.

6. Николаев М.И. Метрология, стандартизация, сертификация и управление качеством / М.И. Николаев. - М.: Юнити-Дана, 2013. - 324 с.

7. Крылова. Г.Д. Основы стандартизации, сертификации, метрологии / Г.Д. Крылова. - М.: Юнити-Дана, 2012. - 671 с.

8. Дианов Е.М. Волоконная оптика: 40 лет спустя // Квантовая электроника. - 2011. - Т.40. - №1. - С.7-12.

9. Айбатов Д.Л. Основы рефлектометрии: Учебное пособие / Д.Л. Айбатов, О.Г. Морозов, Ю.Е. Польский - Казань: ЗАО "Новое знание", 2008. - 116 с.

10. Bing Qi. High-resolution, large dynamic range fiber length measurement based on frequency-shifted asymmetrical Sagnac interferometer. March 26, 2005 // (Engl). - URL: www.arxiv.org/ftp/physics/papers/0607/0607195. pdf [27 May 2015]

11. Brian J. Soller. High resolution optical frequency domain reflectometry for characterization of components and assemblies. January 24, 2005 // (Engl). - URL: www.lunainc.com/wp-content/uploads/2012/08/Optical-Frequency-Domain-Reflectometery. pdf [15 May 2015]

12. E. A. Swanson. High-speed optical coherence domain reflectometry. January 15, 1992 // (Engl). - URL: www.web. mit.edu/2.717/www/oct_fujimoto_92. pdf [18 May 2015]

Приложение А. Лабораторная работа "Методы измерения длины световода"

Рефлектометрия во временной области - традиционный подход

Динамический диапазон рефлектометра определяется отношением сигнал/шум (Signal to Noise Ratio - SNR). Одним из способов уменьшения влияния шумов является цифровая фильтрация сигнала от шума, которая часто называется методом усреднения сигнала. Имея оптический приемник, характеризуемый заданной эквивалентной мощностью шума P_NEP (NEP - Noise Equivalent Power - эквивалентная мощность шума), можно выразить результирующее отношение сигнал/шум после N-кратных измерений следующей формулой:

(1)

Упрощенная блок-схема временного рефлектометра приведена ниже на рисунке 1.

Рисунок 1 - Упрощенная блок-схема традиционного рефлектометра

Когерентная временная рефлектометрия

Одним из способов улучшения рабочих характеристик оптического рефлектометра является применение схемы когерентного приема. Это позволяет получить максимальную чувствительность оптического приемника. Применение когерентного приема в рефлектометрии (CO-OTDR) имеет такое достоинство, как использование оптическим передатчиком и приемником одного и того же источника опорного сигнала (гетеродина), что позволяет избежать трудности при стабилизации частоты оптического излучения. Основной принцип когерентной рефлектометрии может быть рассмотрены по блок-схеме, приведенной на рисунке 2.

Рисунок 2 - Упрощенная блок-схема когерентного рефлектометра

Корреляционная рефлектометрия с применением псевдослучайного сигнала

Основная идея метода заключается в соответствующем применении автокорреляционной функции псевдослучайного сигнала (PRS - Pseudorandom Signal). При выборе соответствующих параметров псевдослучайного сигнала, его автокорреляционная функция может быть аппроксимирована с хорошей точностью дельта-функцией д (t).

Рисунок 3 - Упрощенная блок-схема корреляционного рефлектометра

Рефлектометрия на основе счета фотонов

Основная идея данного метода заключается в использовании квантовой природы света и статистики Пуассона, которая приобретает большое значение при сверхнизких уровнях оптической энергии.

Рисунок 4 - Блок-схема экспериментальной установки

Упрощенная блок-схема экспериментальной установки для регистрации обратно рассеянного света методом распределенной временной задержки единичных фотонов приведена на рисунке 4.

Рефлектометрия с частотным сканированием

Одним из подходов для улучшения пространственной разрешающей способности является оптическая рефлектометрия с частотным сканированием, так же называемая рефлектометрией с непрерывным частотно-модулированным сигналом, в которой зондирующий сигнал является непрерывной оптической волной, модулированной по частоте.

По сравнению с временной рефлектометрией, системы частотной рефлектометрии, которые для зондирования используют непрерывный сигнал более высокой мощности, характеризуются динамическим диапазоном, не зависящим от пространственной разрешающей способности.

Это свойство позволяет рефлектометрии с частотным сканированием достигать высокую пространственную разрешающую способность без потери динамического диапазона.

Комбинирование этой техники со схемой когерентного детектирования дает дополнительное преимущество - высокую чувствительность.

Рисунок 5 - Упрощенная блок-схема частотно сканирующего рефлектометра, FC - направленный ответвитель, FD - фотодетектор, Частотно-сдвинутый асимметричный интерферометр Саньяка

Охватывая ведущую частоту AOM, который асимметрично помещен в петлю Саньяка, оптическую длину волокна можно определить, измерив соответствующее изменение в задержке фазы между двумя противоположно распространяющихся световых пучков.

Основная идея проста: световые сигналы различных частот испытывают различные задержки фазы, поскольку они проходят то же самое волокно. Эта разность фаз, которая несет информацию оптической длины волокна, может быть легко измерена, используя помехи.

Рисунок 6 - Экспериментальная установка

Бриллюэновская оптическая рефлектометрия

Актуальность такой задачи стимулировала исследования тонких оптических эффектов в волокне, в результате чего возникла бриллюэновская рефлектометрия. Rороткие импульсы накачки монохроматичного излучения вводятся в один конец исследуемого ВС, в то время как обратнорассеянный с этого же конца свет автогетеродинируется с источником импульсов накачки, что приводит к изменению спектра сигнала.

Рисунок 7 - Бриллюэновский рефлектометр

Рефлектометрия с синтезом функции когерентности

Основную идею рефлектометрии с синтезированной функцией когерентности можно объяснить с применением упрощенной блок-схемы оптического рефлектометра, основанного на этом методе, который приведен на рисунке 8.

Рисунок 8 - Упрощенная блок-схема рефлектометра с синтезированной функцией когерентности

Рефлектометр представляет собой интерферометр Майкельсона, управляемый высококогерентным лазером, который перестраивается в относительно широком диапазоне частот. Акустооптический дефлектор смещает частоту колебания щ₀ отклоняемого луча на щ. Фазовый модулятор позволяет непрерывно изменять фазу оптической волны в опорной ветви в диапазоне ±р. Сигналы, поступающие из опорной и сигнальной ветвей, складываются в оптическом ответвителе. Два сигнала, покидающие оптический ответвитель, те же самые, но взаимно сдвинутые по фазе на р, что позволяет исключить влияние шумов.

Практическое задание

Исследуемое оптоволокно (или линию связи) соединяют с рефлектометром. При использовании компенсирующей катушки с оптоволокном линию подключают к одному концу компенсирующей катушки, другой конец катушки соединяют с рефлектометром.

Параметры измерений: длину волны источника излучения ОРВО, длительность импульса, диапазон длины, измеряемой ВОЛС и время измерений (усреднения) вводят в рефлектометр вместе c групповым показателем преломления ОВ. Значения некоторых из этик параметров могут быть предустановленны в памяти ОРВО. Кроме того, оптимальное значение таких параметров как длительность импульса, диапазон длины, измеряемой ВОЛС, время измерений (усреднения) могут определяться рефлектометром в ходе измерений автоматически.

Собрать экспериментальную установку:

1 - оптический рефлектометр, 2 - коннекторы, 3 - нормализующая катушка Ln, 4 - патч-корд, 5 - одномодовое оптическое волокно длиной Lf

Рисунок 25 - Экспериментальная установка

Установить длины волн рефлектометра 1310 и 1550 нм, групповой показатель преломления 1,4670 для дины волны 1310 и 1,4676 для длины волны 1550 нм. Установить диапазон длин L равный 1 км. Подобрать оптимальные условия (длительность зондирующего импульса, время усреднения, количество точек регистрации) для записи рефлектограмм с целью определения длины нормализующей катушки Ln. Зарегистрировать рефлектограмму, определить методом двух точек длину нормализующей катушки. Погрешность смещения нуля и вклад погрешности измерения временных интервалов в погрешность измерения длины оптоволокна определили по техническому описанию рефлектометра JDSU MTS 2000. Определить разрешение по расстоянию по параметрам регистрации рефлектограмм в соответствии с формулой L0 = L/N с учетом примечания, границы ± ДLин - в соответствии с формулой ДLин = ДLt + L0.

После этого скорректировали значения показателя преломления. Для этого воспользовались формулой:

t= (2)

Так как расстояние до некоторой точки рефлектограммы пропорционально времени, получим

L₁ n_g1=L₂ n_{g2, (}3)

где L и n_g - длина и установленный групповой показатель преломления в экспериментах. Занести все данные в таблицу.

Размещено на Allbest.ru