Метод обратного рассеяния. Часть 1

В основе метода лежит явление обратного релеевского рассеяния. При реализации этого метода измеряемое волокно зондируют оптическими импульсами, вводимыми в ОВ через оптический направленный ответвитель. Из-за флюктуаций показателя преломления сердцевины вдоль волокна, отражений от рассеянных и локальных неоднородностей, распределенных по всей длине волокна, возникает поток обратного рассеяния. Измеряют уровень мощности этого потока в точке ввода оптических зондирующих импульсов в волокно в зависимости от времени задержки относительно момента посылки зондирующего импульса. В результате получают распределение мощности обратно рассеянного потока вдоль волокна – характеристику обратного рассеяния волокна. Регистрируют отдельные реализации характеристики обратного рассеяния, усредняют их по некоторому количеству зондирующих импульсов, а усредненное значение выводят на устройство отображения для дальнейшего анализа.

Для реализации данного метода разработаны специальные приборы – оптические рефлектометры во временной области – OpticalTimeDomianRefleectometer (OTDR). Они получили широкое распространение благодаря своей универсальности, так как обеспечивают одновременное определение целого ряда важнейших параметров ОВ и ОК: степени регулярности кабеля, мест неоднородностей и повреждений, потерь в местах соединений, затухания и расстояний до места соединений, длин ОВ и др. Упрощенная структурная схема OTDR приведена на рисунке 3.3. На ней обозначены:

1 – генератор зондирующих импульсов – (ГИ);

2 – источник оптического излучения (лазерный диод – ЛД);

3 – оптический разветвитель – (ОР);

4 – исследуемое оптическое волокно – (ОВ);

5 – фотоприемное устройство – (ФП);

6 – блок управления математической обработки – (БУМО);

7 – устройство отображения – (УО)

Рассмотрим порядок определения параметров ВОЛП с помощью рефлектометров и их основные характеристики.

В приборах данного класса информационной является характеристика обратного рассеяния (рефлектограмма), представляющая собой зависимость уровня мощности потока обратного рассеяния в точке ввода излучения в волокно от расстояния до анализируемой точки, определяемого соотношением

где

групповая скорость распространения излучения по сердцевине ОВ;

 с – скорость света в вакууме;

 n– показатель преломления сердцевины ОВ.

Типичный вид рефлектограммы приведен на рис. 3.4.

Ее идентификация предполагает:

— определение «квазирегулярных» участков, на которых изменения уровня обратного потока обусловлены потерями на поглощение и Рэлеевское рассеяние;

— выделение участков с резким изменением уровня потока обратного рассеяния присущих локальным неоднородностям. Например, на рис. 3.4 участки рефлектораммы могут быть идентифицированы следующим образом:

1 – начальный выброс уровня обратного потока оптической мощности, обусловленный Френелевским отражением при вводе излучения в волокно;

2 – «неискаженные», «квазирегулярные» участки, описываемые линейными функциями, по параметрам которых судят о характеристиках исследуемого ОВ;

3 – потери мощности обратного потока на локальном дефекте типа сварного соединения;

4 – изменение уровня обратного потока из-за внутренних неоднородностей и микроизгибов ОВ или сварного соединения;

5 – изменение уровня обратного потока и потери на локальной неоднородности типа механическое соединение, микротрещина и т.п.;

6 – выброс обратного потока, обусловленный отражением от конца ОВ;

7 – уровень шумов фотоприемника оптического рефлектомера.

Алгоритм обработки результатов измерений рефлектограмм предусматривает следующее:

— выделение «неискаженных», «квазирегулярных» участков и апроксимация их линейными зависимостями;

— прогноз поведения рефлектограммы на участках с неоднородностями на основе результатов линейной аппроксимации прилегающих «квазирегулярных» участков;

— расчет искомых параметров ОК по полученным теоретическим зависимостям;

— выделение искаженных участков рефлектограммы соответствующие локальным неоднородностям линии и определение расстояния до них.