Методы и средства измерения затухания. Часть 1

В процессе эксплуатации ВОЛС интерес представляет полное затухание ОК, которое определятся следующими причинами:

— затухание, обусловленное поглощением и рассечением ОВ;

— добавочное затухание, возникающее в процессе эксплуатации (возникающие микротрещины, микро и макро изгибы и т.п.);

— затухания отражения от входного конца, возникающие при вводе излучения в световод и на неоднородностях.

В общем виде затухание сигнала между точками 1 и 2 ВОЛС определяется соотношением:

где А₁ и А₂ – абсолютные уровни сигнала по мощности в точках 1 и 2 соответственно.

где Р₁ – мощность сигнала в точке 1 Вт;

Р₀ – мощность нормального генератора 1·10^-3 Вт.

Следовательно, при определении затухания возникает задача измерения мощности оптического сигнала на входе и выходе ОВ. При этом наибольшее затруднение вызывает неопределенность уровня оптической мощности введенной в ОВ. Она зависит от качества обработки входного торца световода, точности юстировки возбуждающего пучка излучателя, соотношения между показателем преломления сердечника световода и среды заполняющей пространство между сердечником и излучателем, стабильности выходной мощности излучателя и т.д. Поэтому определять мощности оптического излучения на входе ОВ сложно.

Наряду с этим, для однозначного определения затухания многомодовых ОВ необходимо на входе обеспечить такой режим распространения излучения, при котором сохраняется постоянное распределение мощности между его модами – равновесное распределение мод (РРМ). Особенно это важно при изменении коэффициента затухания ОВ. При вводе излучения в волокно наряду с направляемыми модами в сердцевине возбуждаются излучаемые и оболочечные моды, что приводит к перераспределению мощности излучения между модами. Излучаемые и оболочечные моды могут так же возникать на неоднородностях, макроизгибах ОВ и т.п. Таким образом, для обеспечения режима РРМ на входе ОВ необходимо подавить излучаемые и оболочечные моды. Эти функции выполняют смесители мод, иногда их называют скремблерами. Это устройство в виде отрезка ОВ с равномерно распределенными неоднородностями на которых возрастает затухание излучаемых и оболочечных мод, а также возникают связи между отдельными модами излучения, приводящие к переходу энергии от одних мод к другим. При этом часть энергии высших мод переходит в энергию низших, увеличивая их мощность. В результате такого перехода между модами устанавливается равновесное распределение мощности. Очевидно, что скремблер вносит достаточно большое затухание, но его значение не входит в результат измерения. Наибольшее распространение получили смесители мод с макроизгибами волокна. Конструктивно они представляют собой 5÷10 витков ОВ намотанного на один или несколько цилиндров радиусом (10÷20) R, где R – критический радиус изгиба, при котором ОВ разрушается.

Для устранения оболочечных мод используется модовый фильтр. Он представляет собой отрезок волокна изогнутый в виде петли погруженной в сосуд с иммерсионной или абсолютно поглощенной жидкостью. Показатель преломления иммерсионной жидкости близок к показателю преломления оболочки, в результате чего оболочечные моды излучаются в иммерсионную жидкость, где затухают.

Исключить систематическую погрешность измерения затухания связанную с неопределенностью ввода мощности в ОВ позволяет ряд известных методов. Согласно рекомендациям МСЭ-Т G651 и G652 и ГОСТ 26814-86 (Кабели оптические, методы измерения параметров) на практике получили применение три метода измерения затухания:

— метод обрыва (среза) – эталонный метод;

— метод вносимого затухания – 1 альтернативный метод;

— метод обратного рассеяния – 2 альтернативный метод.

Остановимся более подробно на каждом из перечисленных методов.

Метод обрыва (среза) – это метод, при котором производится непосредственно измерение мощностей P₁ и P₂ в двух точках волокна (в начале и в конце ОВ) без изменений условий ввода излучения.

Обобщенная структурная схема измерения представлена на рис. 3.1. На ней обозначены:

1 – быть применен полупроводниковый лазер (ПЛ) или светоизлучающий диод (СИД). Основные требования к нему – стабильность характеристик в течение всего времени измерения;

2 – смеситель мод, обеспечивающий равновесное распределение мод (РРМ) излучения при возбуждении измеряемого волокна. При его отсутствии погрешность измерения может быть до 1 дБ/км;

3 – устройство – источник оптического излучения, в качестве которого может ввода излучения обеспечивает юстировку входного конца измеряемого ОВ в трех взаимно перпендикулярных плоскостях для достижения максимально вводимой энергии и жесткой фиксации волокна во время измерений;

4 – измеряемое ОВ;

5 – фильтр мод, предназначенный для ввода оболочечных мод. В случае его отсутствия на результат измерения оказывают влияние моды, распространяющиеся по оболочке ОВ, т.к. диаметр светочувствительной площадки фотодиода приемника излучения значительно превышает диаметр ОВ;

6 – адаптер (соединитель оптический) предназначен для подключения неоконцованного ОВ к приемнику излучения;

7 – приемник излучения (оптический ваттметр).