Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Методы и средства измерений параметров направляющих сред оптических телекоммуникационных систем. Учебное пособие
.pdf
21
Продолжение таблица 1.2.
1 2 3
4 5 6
MG9001A/
MG9002A
ANRITSU
Япония
850/1300/1550
0,1…210
-50…+1
-10…+55
FLS-101
EXFO
Канада
850/1310/1550
<50
-33…-2
-10…+40
FLS120A
EXFO
Канада
850/1310/1500
<140
-36…-14
-10…+50
FLS-130
EXFO
Канада
1310/1550
<5
-8…-7
-10…+50
FLS-132A
EXFO
Канада
1310
<5
-7
-10...+50
FLS-133A
EXFO
Канада
1550
<5
-7
-10...+50
FLS-135A
EXFO
Канада
1310/1550
<5
-7
-10...+50
FOD2114
FOD
650/850/1310/1550
<5
-5
-10…+40
E5974A
HP
1310/1550
<5
-7
-10...+55
7XT
Photodyne
1300/1550
<3
-10
0...+40
Photom-362
PHOTOM
1310±30
≤10
>-5
0…+40
Photom-363
PHOTOM
1550±30
≤10
>-5
0…+40
Photom-372
PHOTOM
1310±20
≤1
>-5
0…+40
Photom-373
PHOTOM
1550±20
≤1
>-5
0…+40
Photom-385
PHOTOM
1310±30 1550±30
≤20
-6
0…+40
Photom-395
PHOTOM
1310/1550
≤10
н/д
0
262A
RIFOCS
1310/1550
<5
>-7
-15...+50
263A
RIFOCS
670
<3
>-7
-15...+50
264A
RIFOCS
780
<3
-10
-15...+50
265A
RIFOCS
1310
<3
-10
-15...+50
266A
RIFOCS
1550
<3
-10
-15...+50
267A
RIFOCS
850
<3
-10
-15...+50
K2500K2505,
K2507
SIEMENS
Германия
850/1300/1550
5…125
-38…-3
-10…+55
TOP140
Tektronix
1310
<3
-10
-15...+50
TOP150
Tektronix
1550
<3
-10
-15...+50
OLS-15
W&G
Германия
1310/1550
5
н/д
-10...+55
OLS-16
W&G
Германия
1310
5
н/д
-10...+55
OLS-17
W&G
Германия
1550
5
н/д
-10...+55
OLS-25
W&G
Германия
1300/1550
4
-10
-10...+50
22
Продолжение таблицы 1.2.
1 2 3 4 8
9
OLS-26
W&G
Германия
1300
4
-10
-10...+50
SI7740, 42,
44, 46, 47, 48
Wavetek
Австралия
450/1300/1550
2…6
-10…0
-10...+50
Таблица 1.3 – Характеристики светодиодных источников сигналов
Модель
Производи
тель
Длина волны,
нм
Спектраль-
ная ширина,
нм
Выходной
уровень, дБм
Условия
работы, С
0
FOS-122A
EXFO,
Канада
1300
≤140
-36...-16
-10...+50
FOS-123A
EXFO,
Канада
1550
≤70
-25
-10...+50
FOS-124A
EXFO,
Канада
850/1300
≤140
-36...-16
-10...+50
FOS-125A
EXFO,
Канада
1310/1550
≤70
-25
-10...+50
E5972A
HewlettPackard,
США
1300
≤150
-11...-38
-10...+55
PHOTOM-
351
PHOTOM
850±15
≤60
>-25
0…+40
PHOTOM-
352
PHOTOM
1310±15
≤140
>-30
0…+40
252A
RIFOCS
850/1300
≤140
-20...-38
-15...+50
255A
RIFOCS
1300
≤140
-20...-38
-15...+50
256A
RIFOCS
1550
≤210
-20...-38
-15...+50
TOP130
Tektronix
850/1300
≤140
-20...-38
-15...+50
OLS-10
W&G
1300
≤150
-11...-38
-10...+55
1 2 3 4 6
7
OLS-6
W&G
850/1300
≤150
-7
0...+40
FS1310
WILCOM
1310
≤100
-16...-5
-20...+50
T363
WILCOM
850/1300
≤170
-45...-23
-10...+40
Контрольные вопросы
1. Какие задачи решаются при измерениях параметров оптического кабеля на
этапе промышленного анализа?
2. Перечислите измеряемые параметры оптического кабеля.
3. В каких единицах нормируются погонные затухания?
4. Что такое полоса пропускания и дисперсия?
5. Какова периодичность планово-профилактического обслуживания кабелей в
канализации и в коллекторах?
6. По каким формулам рассчитываются затухания в оптическом волокне?
7. По какой методике оцениваются погрешности измерения затухания?
23
8. Какими нормативными документами регламентируются методики измере-
ния с помощью оптического тестера?
9. Как расшифровывается сокращение OLTS?
10. Изобразите схему измерения по методу обрыва.
11. Перечислите основные преимущества методов светопропускания.
12. Определить величину затухания кабеля, если мощность сигнала на входе
составляет 1 мВт, а на выходе она равна 1 мкВт.
13. Изобразите схему измерения с двумя перемычками.
14. Перечислите основные недостатки методов светопропускания.
15. Какие необходимы приборы для измерения методом светопропускания?
16. Какова цель профилактических измерений?
17. Когда проводятся аварийные измерения?
18. Что такое профиль показателя преломления?
19. Каким методом измеряется расстояние до места повреждения?
20. От каких факторов зависят объем и состав контрольных измерений?
21. Изобразите схему измерения с одной перемычкой.
22. Чем отличается патч-корд от пиктейла?
23. Какому уровню будет соответствовать мощность 1 мВт?
24. По какой формуле будет рассчитываться затухание, если шкала измерителя
мощности проградуирована в логарифмических единицах?
25. Какие преимущества имеют лазерные источники излучения по отношению к
светодиодным?
24
2 Измерения параметров линий
методами на принципе обратного рассеяния Рэлея
2.1 Общие положения измерений на принципе рассеяния Рэлея
Методы измерений на принципе рассеяния Рэлея являются фундаментальными в области оптики. Они широко применяются в различных приложениях,
таких как зондирование трактов оптических телекоммуникационных систем.
Значимость этих методов заключается в способности получения измерительной
информации о затуханиях, отражениях пространственных координатах неоднородностей среды передачи. Методы основаны на регистрации обратно рассеянных по Рэлею и отраженных по Френелю сигналов. По интенсивности реги-
стрируемых сигналов становится возможным определение затухания или отражения, а по времени – идентифицировать процессы в пространственных координатах.
Методы зондирования на принципе рассеяния Рэлея предполагает ввод те-
стового сигнала только на один вход оптического волокна. Рэлеевское рассея-
ние индуцируется неоднородностью среды волокна, которая может быть измерена по локализованному показателю преломления. Это можно представить в
виде совокупности сосредоточенных неоднородных участков, представленных
на рисунке 2.1 [2].
Рисунок 2.1 – Совокупность сосредоточенных неоднородных участков волокна
Оптическое волокно длиной L представлено в совокупности N участков
длиной ΔL = L/N. В пределах каждого участка представлены рассеивающие
центры. Интерференционное поле рэлеевского обратного рассеяния света на
расстоянии Li= iΔL
может быть выражено через [2].
ц
з
1
exp( 2 ) exp( )
M
ii
bs I i k k
k
E E L r j
=
=−
, (2.1.1)
где E
i
bs
– интерференционное поле рассеяния Рэлея в сечении i-го участка;
EI – электрическое поле падающего света;
Li – расстояние до i-го участка волокна от начала;
α
з
– коэффициент затухания волокна;
25
i
k
r
– коэффициент рэлеевского отражения от центра в i-ом участке;
φ
k
– фаза
i
k
r
.
Уравнение (2.1.1) представляет собой сумму амплитуды и фазы рассеивающих центров в одном сечении ΔL. В традиционной рефлектометрии для
устранения когерентной интерференционной картины сигнала обратного рэлеевского рассеяния используются лазерные источники с широкой полосой пропускания, благодаря чему предлагается измерять распределение потерь вдоль
волокна.
Зарегистрированный рефлектометром сигнал обратного рассеивания является откликом измеряемого волокна на зондирующий сигнал и предоставляет
детальную картину распределения локальных неоднородностей вдоль оптического волокна. Измерение временной задержки обратно рассеянного или отражённого излучения от любой неоднородности в волокне позволяет получить
сведения о координате неоднородности:
гр
2
з
ct
x
n
=
, (2.1.2)
где x – расстояние от входного конца измеряемого волокна до неоднородности;
nгр – групповой показатель преломления сердцевины волокна;
с – скорость распространения света в вакууме;
tз – временная задержка между моментом ввода зондирующего излучения в
волокно и моментом регистрации обратно рассеянного и отражённого потоков.
Временная задержка tз определяется как:
з р в
t t t=−
, (2.1.3)
где tр – момент времени регистрации обратно рассеянного и отражённого
потоков;
tв – момент времени ввода зондирующего излучения в волокно.
Измерение мощности обратно рассеянного потока как функции времени
или расстояния в волокне позволяет получить информацию о распределении
коэффициента затухания вдоль волокна. Используя метод оптической
рефлектометрии, можно оценить потери, вносимые оптическими коннекторами,
сварными соединениями, микро- и макроизгибами и прочими
неоднородностями в оптическом волокне. Важной особенностью данного
метода является необходимость доступа к одному концу волокна, чтобы
измерить его параметры.
Из-за потерь на рэлеевское рассеяние и поглощение уровень мощности
зондирующего сигнала в однородном оптическом волокне в соответствии с
26
законом Бугера – Ламберта спадает по экспоненциальному закону,
описываемому выражением
з
вх
x
P( x ) P e
=
, (2.1.4)
где P(x) – уровень мощности зондирующего сигнала в координате x от
входного конца волокна;
Pвх – значение введённой мощности зондирующего оптического
излучения;
μ
з
– полный коэффициент затухания вносимого волокном [Нп/км] (μз<0).
На практике, коэффициент затухания чаще выражается в дБ/км. В этом
случае (2.1.4) может быть представлено в форме
зΣ
10
вх
10
x
P( x ) P
=
, (2.1.5)
где α
зΣ
− полный коэффициент затухания, выраженный в единицах дБ/км
(αзΣ <0).
Общие потери в волокне, вызванные различными механизмами, и полный
коэффициент затухания может отличаться в любой точке волокна. Чтобы
учесть этот факт, необходимо переписать (2.1.4) в общую форму:
зΣ
0
вх
x
( x )dx
P( x ) P e
=
. (2.1.6)
Полный коэффициент затухания μзΣ(x) может быть представлен суммой
двух компонент
з р п
μ ( x ) μ ( x ) μ ( x )
=+
, (2.1.7)
где μ
р
(х) – составляющая коэффициента затухания, связанная с потерями
на рэлеевское рассеивание;
μ
п
(х) – потери, обусловленные поглощением излучения в волокне.
Среднее значение полного коэффициента затухания
зμ
на участке
волокна протяжённостью (0, x) рассчитывается в соответствии с формулой
зз
0
1
x
μ μ ( x )dx
x
=
. (2.1.8)
Таким образом, (2.1.6) может быть упрощено до вида
27
з
вх
μx
P( x ) P e
=
. (2.1.9)
Выражение (2.1.9) позволяет оценить мощность излучения в оптическом
волокне в координате х. Изменение мощности зондирующего излучения dP в
процессе распространения света через элементарный участок оптического
волокна протяжённостью dx будет определяться по формуле
з
вх п р
μx
dP P ( μ μ )е dx
= +
. (2.1.10)
Обратно рассеянный свет, распространяясь к входу волокна, определяется
выражением
з
2
ор.вх вх р
μx
P ( x ) P S μ x e
=
, (2.1.11)
где S – коэффициент обратного рэлеевского рассеяния;
Δx – протяжённость участка, на котором формируется сигнал обратного
рассеяния;
Выражение (2.1.11) показывает, что мощность обратно рассеянного потока
P
ор.вх
(х), достигшего входного торца измеряемого волокна, зависит от
следующих факторов: мощности введённого зондирующего излучения,
коэффициента обратного рэлеевского рассеяния, протяжённости участка, на
котором формируется сигнал обратного рассеяния, коэффициента полного
затухания оптического волокна, расстояния от входного торца волокна до
неоднородности.
По мере распространения зондирующего сигнала в тестируемом тракте,
кроме потоков обратного рассеяния Рэлея, имеют место импульсы френелевского отражения, возникающие на неоднородностях из-за различия показателей
преломления. Следует отметить, что уровень мощности этих импульсов
значительно превосходит уровень мощности обратно рассеянного сигнала.
з
вх
μL
P(L ) P e
=
. (2.1.12)
Мощность света, отражённого от выходного торца волокна, определяется
выражением
з
ов вх Ф
μL
P ( L ) P R e
=
, (2.1.13)
где RФ – коэффициент френелевского отражения, который определяется
выражением (2.1.14).
Коэффициент френелевского отражения
28
2
21
21
+
−
=
nn
nn
R
, (2.1.14)
где n1 – показатель преломления сердцевины волокна;
n2 – показатель преломления оболочки волокна.
Мощность отражённого света, достигшего входа волокна, будет
определяться выражением
зз
2
ов.вх ов вх
μ L μ L
P ( x ) P ( L ) e P R e
= =
. (2.1.15)
Первый пик френелевского отражения имеет место при отражении
зондирующего сигнала от входного торца волокна, при этом интенсивность
отражённого света может быть настолько сильной, что фотоприёмное
устройство (ФПУ) рефлектометра перегружается, в результате чего
рефлектометр некоторое время остаётся нечувствителен к сигналу обратного
рассеивания, приходящему от ближнего конца измеряемого волокна.
Продолжительность времени, в течение которого ФПУ рефлектометра не
воспринимает сигнал обратного рассеивания, определяет протяжённость
неконтролируемого участка волокна, который называется «мёртвой зоной».
В настоящее время существуют два основных метода оптической
рефлектометрии, применяемые при измерении параметров оптических волокон:
- оптическая рефлектометрия во временной области (Optical Time Domain
Reflectometry – OTDR);
- оптическая рефлектометрия в частотной области (Optical Frequency Do-
main Reflectometry – OFDR).
2.2 Импульсная оптическая рефлектометрия во временной области
Этот метод был заимствован из радиолокации и первоначально был применен в электрических импульсных рефлектометрах группы Р5. С развитием
техники оптической связи он стал применяться для импульсного зондирования
ОВ на всех этапах строительства и технической эксплуатации ВОЛС. При этом
зарекомендовал себя как эффективный метод обнаружения и измерения пара-
метров неоднородностей оптического тракта ВОСП. Суть метода заключается в
подаче короткого оптического импульса большой мощности на вход тестируемого волокна и регистрации сигналов обратного рэлеевского рассеяния и фре-
нелевского отражения во временной области. Схемная реализация метода пред-
ставлена на рисунке 2.2.
Зондирующие импульсы, генерируемые лазерным источником с широкой
спектральной линией, проходят через оптический циркулятор и вводятся в
оптоволокно. Рэлеевское обратное рассеяние света по волокну возвращается к
входному порту и собирается фотоприемником. Электронный сигнал усилива-
29
ется, затем оцифровывается платой сбора данных. Компьютер рассчитывает по-
тери в волокне с учетом расстояния, определяет точки отражения, вызванные
сращиванием или микротрещинами.
Рисунок 2.2 – Блок-схема обычного оптического рефлектометра
На основании рефлектограммы, приведенной на рисунке 2.3, можно получить следующую информацию. Прямая убывающая линия представляет собой
рэлеевское обратное рассеяние вдоль волокна. Наклон этой линии дает коэффициент затухания волокна. Узкий пик соответствует точкам соединения или
микротрещинам. Резкий спад со ступенькой связан с вносимыми потерями при
сплавлении или изгибе вдоль волокна. На конце волокна сильный пик отражения определяется торцевой поверхностью волокна. За этим пиком находится
уровень шума, приписываемый приемнику, который в конечном итоге ограничивает производительность рефлектометрической системы.
30
Рисунок 2.3 – Типовая рефлектограмма оптического тракта
Функциональными параметрами импульсно-рефлектометрических систем
являются динамический диапазон, пространственное разрешение и «мертвая
зона».
Динамический диапазон дает информацию о максимальных потерях в
волокне, которые могут быть измерены. Он определяется как разница между
начальным уровнем обратного рэлеевского рассеяния и уровнем шума. Другими словами, он определяется отношением сигнал/шум (Sigal to Noise RatioSNR). Величина динамического диапазона оптического рефлектометра по обратному рассеиванию определяется из выражения
макс.ор
р
мин.ор
5 lg
P
D
P
=
, (2.2.1)
где P
макс.ор
– максимальное значение обратно рассеянной мощности,
которое регистрируется прибором;
P
мин.ор
– минимальное значение мощности обратно рассеянного излучения,
которое способен зарегистрировать прибор.
Величина P
мин.ор
определяется мощностью собственных шумов ФПУ
прибора, то есть
мин.ор ш.ФПУ
PP=
, (2.2.2)
В соответствии с (2.1.11) мощность обратно рассеянного излучения в
окрестности входного торца волокна определяется из следующего выражения
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]