103

Лекция №4 Основные понятия о тестировании в ВОСП

После установки волоконно-оптической системы крайне важно тщательно ее протес­тировать, чтобы убедиться в соответствии техническим требованиям проекта. Тестирование волоконно-оптической системы как во время установки, так и при вводе системы в эксплуа­тацию является обязательной частью проекта. Проводимые приемочные испытания опреде­лят, является ли окончательно установленный кабель цельным и стабильным, были ли причинены какие-нибудь повреждения при установке кабеля, правильны ли вычисленные на этапе проектирования значения потерь соединений, коннекторов, длины волокна и т. д. и работает ли окончательно установленная система с должной производительностью.

Если система была тщательно спроектирована, а затем правильно установлена, резуль­таты приемочного теста обычно показывают лучшие значения производительности, чем проектные параметры (в предположении, что придерживались консервативного подхода к проектированию). В редких случаях связь будет хуже, чем проектировалась. Это может быть из-за неожиданных потерь вследствие избыточных изгибов. В течение срока службы показатели линии связи также будут ухудшаться, что должно быть принято в расчет при проектировании. Во время приемочных испытаний будет также подтвержден учитываемый для этих непредвиденных потерь запас надежности.

9.1. Фундаментальные понятия оптических измерений

9.1.1. Оптическая мощность

Основной единицей измерения, используемой в волоконной оптике, является мощность света. Как и электрическая мощность, оптическая мощность измеряется в ваттах.

Свойства света похожи на электрические. Световая энергия, как и электрическая энергия, теоретически принимает форму синусоидальных волн. Поэтому основные ком­поненты математических формул, использующихся для вычисления связанных с мощно­стью электрических измерений, могут также использоваться для вычисления связанных с мощностью оптических измерений.

К оптическим измерениям применяются следующие аналогии.

• Мощность является мерой скорости передачи энергии (где энергия Q измеряется в Джоулях). То есть:

• Мощность является функцией напряжения (U) и тока (Г). У световой волны есть элек­трический компонент и магнитный компонент, что аналогично компонентам напряже­ния и тока в электрической энергии. Поэтому

для электрической энергии:

Р= UI;

для световой энергии:

где D - электрическое смещение; В - магнитная индукция; Е— напряженность электрического поля; Н - напряженность магнитного поля; Е - диэлектрическая проницаемость среды; μ - магнитная проницаемость среды; S- плотность энергии (ватт/квадратный метр).

• Световая энергия прямо пропорциональна квадрату амплитуды электромагнитной волны. Мощность электрической энергии прямо пропорциональна квадрату амплиту­ды напряжения или тока.

В случае световой энергии сопротивление фактически является проницаемостью стекла. Для света общая энергия Q вычисляется по формуле

Q = NQ_p,

где Q_p - энергия одного фотона; N - число фотонов.

Следовательно:

Мощность света обычно измеряется и указывается в децибелах. Обсуждение в разделе 2.3, касающееся измерения в децибелах, относится также к оптическим измерениям.

Оптический передатчик передает сигнал в форме импульсов. Уровень мощности переда­ваемого сигнала постоянно меняется. Можно измерить мгновенное пиковое значение или среднее значение этой мощности. Это показано на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Мощность полученного сигнала

Мощность также прямо пропорциональна частоте и обратно пропорциональна длине электромагнитной волны (С = λ × f). Теоретически свет представляется в форме крошечных частиц, называемых фотонами, которые излучаются атомами при переходах электронов между энергетическими уровнями, окружающими атомы. С возрастанием частоты (то есть снижением длины волны) пропорционально увеличивается энергия фотона. Фактически это означает, что для возбуждения электрона для излучения фотона с высокой частотой необходимо больше энергии, чем для излучения фотона с низкой частотой. Следовательно, поскольку измерение оптической энергии есть мера потока фотонов в еди­ницу времени, оптическая мощность прямо пропорциональна частоте и обратно Пропорциональна длине волны. Эта зависимость описывается законом Планка:

Q = h × f,

где Q - энергия фотона, a h - постоянная Планка.

9.1.2. Измерение мощности

Различные материалы, использующиеся при производстве детекторов света, чувстви­тельны к различным длинам волн. Например, кремниевые детекторы интенсивно отвечают на сигналы 850 нм, тогда как детекторы из арсенида индия и галлия (InGaAs) дают сильные ответы на сигналы 1300 и 1550 нм. Поэтому детекторы света, используемые для целей измерений, должны быть откалиброваны для той частоты, которую они измеряют.

Детекторы обеспечивают линейный ответ лишь в ограниченном динамическом диапазоне уровня входного сигнала. Поэтому они должны быть откалиброваны для определенного применения и ожидающегося на входе в детектор из волоконно-оптического кабеля диапазона мощностей.

Время ответа детектора в экспонометре очень большое по сравнению со скоростью входных импульсов. Поэтому большинство экспонометров калибруется для измерения средней мощности.