3.5 Анализ факторов, оказывающих влияние на мертвые зоны рефлектограмм оптических волокон

Мертвой зоной называется участок рефлектограммы на котором невозможно определить его характеристики из-за наличия отраженных сигналов. Мертвые зоны появляются на рефлектограмме волокна во всех случаях когда в волокне использованы разъемы а также при наличии в волокне дефектов (например трещин).

Мертвая зона включает в себя длительность отражения и время восстановления максимальной чувствительности измерителя. У высококачественных измерителей это время восстановления меньше, чем у дешевых моделей, поэтому при их использовании и мертвые зоны становятся короче.

Мертвые зоны можно разделить на две категории: мертвые зоны события (отражения) и мертвые зоны затухания (ослабления).

Ширина мертвой зоны для событий определяется как минимально разрешимое расстояние между двумя неоднородностями. Ширину мертвой зоны по отражению полагают равной ширине всплеска на рефлектограмме на уровне, находящемся на 1,5 дБ ниже вершины. Ширина мертвой зоны по затуханию определяется, как минимальное расстояние после отражающего события, в пределах которого нельзя проводить измерения потерь в волокне. Оно равно расстоянию от переднего фронта импульса до точки, которая отстоит от линейного участка рефлектограммы на 0,5 дБ по вертикальной.

Были проведены исследования результатов измерений волоконно-оптических линий связи. При измерении одного и того же волокна с разными параметрами наблюдались различия в численных значениях показателей характеризующих мертвую зону. В результате проведенных исследований был обнаружен ряд закономерностей происходящих в оптоволокне. На рисунке 3.17 приведена рефлектограмма одного из оптических волокон кабеля. которая наглядно демонстрирует появление мертвой зоны.

Рисунок 3.17 – Мертвая зоны рефлектограммы оптического волокна

Появление на рефлектограмме мертвых зон осложняет процедуру измерений. Так, например, для расчета полных потерь в линии необходимо знать начальный уровень сигнала на вертикальной оси (оси ординат). Положение этого уровня маскируется мертвой зоной в начале рефлектограммы. Повышение требований к качеству связи диктует необходимость изучения причин, обуславливающих протяженность мертвой зоны и методов ее уменьшения.

Значительное количество проблем на сети обусловлено плохим качеством разъемного соединения, а именно грязными разъемами. Допустимой нормой затухания для разъемного соединения является 0,5 дБ. Перед подключением к оптическому рефлектометру разъем протирают спиртом. Крошечная пылинка способна перекрыть весь световой поток, идущий по волокну. Загрязнение может произойти в момент, когда чистый разъём вставляется в грязный наконечник. При соединении обоих разъёмов возможно смещение осколков волокна и грязи к центру разъёма, где они могут нарушить передачу оптического сигнала и вызвать возникновение мертвой зоны.

Различным отражающим событиям соответствуют различные мертвые зоны, причем зависящие от расстояния и амплитуды (коэффициента отражения) отражающего события. Очевидно, что основным фактором, определяющим степень ослабления амплитуды светового излучения, является расстояние до отражающего события, т. е., чем дальше событие, тем больше ослабляется амплитуда светового излучения, возвращающегося в фотоприемник рефлектометра. В то же время, чем выше отражающая способность данного события, тем больше амплитуда возвращенного света.

Мертвая зона, вызванная отражением зондирующего импульса от выходного разъема прибора, может быть уменьшена с помощью компенсационной катушки – кабеля длинной около 1 км, который позволяет фотоприемнику рефлектометра вернуться в режим приема после прохождения начального импульса.

Мертвая зона связана с длительностью импульса, а значит ее можно уменьшить, сократив длительность импульса. Однако сокращение длительности импульса означает уменьшение динамического диапазона. На рисунке 3.18 показана ширина мертвой зоны, полученной при измерении одного и того же волокна импульсами различной длительности (τ = 10 нс, 30 нс, 90 нс, 300 нс), длина волны 1550 нм, число усреднений – 32х4096.

τ=10 нс

τ=30 нс

τ=90 нс

τ=300 нс

Рисунок 3.18 – Изменение ширины мертвой зоны при изменении длительности импульса

После установления предпочтительной длительности импульса для просмотра того или иного волокна стали очевидными другие факторы. В частности, ширина импульса на дисплее зависит не только от длительности импульсов света, испускаемых лазерным диодом, но и от ширины полосы пропускания фотоприемника. При этом ограничение ширины полосы пропускания приемника приводит к существенному увеличению мертвой зоны. С другой стороны при увеличении полосы пропускания увеличиваются шумы оптического приемника (рисунок 3.19 , τ = 10 нс, число усреднений 32х4096).

1

2

1

2

а) б)

1– измерение со стандартным разрешением, 2– измерение с высоким разрешением

Рисунок 3.19 – Сравнение рефлектограмм, полученных при измерении с высоким и стандартным разрешением: а) мертвая зона; б) общий вид рефлектограмм

Результаты измерений ширины мертвой зоны приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 – Измерение ширины мертвой зоны при изменении параметров измерений

Параметры измерений	Тип мертвой зоны	Длительность импульса, нс
		10	30	90	300
Стандартное разрешение	Ширина мертвой зоны по затуханию, м	43	44	46	64
	Ширина мертвой зоны по отражению, м	8,1	9,1	14	35
Высокое разрешение	Ширина мертвой зоны по затуханию, м	14,2	14,7	19,9	40,5
	Ширина мертвой зоны по отражению, м	4,5	5,6	11,7	32,5

Фотоприемник, как правило, насыщается при попадании на него мощного излучения, отраженного от оптического разъема или торца волокна. Эффект насыщения проявляется в виде ограничения амплитуды импульса и увеличения ширины верхушки импульса за счет времени восстановления чувствительности фотоприемника, что соответственно также увеличивает ширину мертвой зоны.

Следовательно, можно выделить следующие факторы, оказывающие влияние на характеристики мертвой зоны: модель рефлектометра, состояние оптического разъема, длительность импульса, ширина полосы пропускания фотоприемника, расстояние от места измерения и коэффициент отражения от неоднородности,