4.3. Измерение вносимых потерь

Метод основан на последовательном измерении мощности оптического излучения на выходах измеряемого ОВ и источника излучения, который при­соединяется к приемнику излучения непосредственно или с помощью вспомо­гательного ОВ, который так же, как и измеряемое ОВ, армирован оптическим соединителем.

Оптические соединители, которыми армированы измеряемое и вспомога­тельное ОВ, должны иметь известные уровень потерь разъемов α_р при соедине­нии и длину L.

Основное отличие метода измерения вносимых потерь от метода обрыва заключается в использовании для измерений оптических разъемов. На практике используют две разновидности метода измерения вносимых потерь.

В первом варианте (рис. 4.3, а) используется источник излучения с выхо­дом в виде гибкого оптического поводка. Проводятся два измерения: в первом измеряемое ОВ подключают между выходом источника и фотоприемника и из­меряют уровень p₁; во втором источник непосредственно подключается к при­емнику и измеряется уровень р₂.

Для определения затухания a вычисляют разность двух измеренных уровней

_, (4.4)

куда входит среднее значение потерь в оптическом разъеме a_p, соединяющем два ОВ.

Во втором варианте (рис. 4.3, б) используется источник излучения, вы­ходной оптический разъем которого установлен на передней панели излучате­ля. Для измерений используется оптический поводок.

Рис. 4.3. Схема установки для измерения вносимых потерь

Проводятся два измерения: в первом оптический поводок непосредствен­но подключается к приемнику и измеряется уровень оптической мощности p₁; во втором вместо оптического поводка между источником и приемником излу­чения включается измеряемое ОВ.

В результат измерения входит затухание оптического поводка a_pν:

_. (4.5)

Результаты измерений оформляются протоколом, содержащим те же сведения, что и в методе обрыва.

При измерении вносимых потерь обычно используют специальные при­боры - оптические тестеры (ОТ), которые предназначены для измерений в про­цессе строительства и эксплуатации ВОЛС.

Проведение измерений на протяженной линии осуществляют два челове­ка. Для координации их действий часто используют устройство служебной свя­зи по двум ОВ. Существуют также устройства дуплексной служебной связи по одному ОВ, которые своим динамическим диапазоном перекрывают всю длину участка регенерации на одномодовом волокне. Некоторые оптические тестеры помимо измерения вносимого затухания выполняют также функцию оптиче­ского телефона.

4.4. Метод обратного рассеяния

Наиболее универсальным и информативным методом измерений пара­метров ОВ и ОК является метод обратного рассеяния (МОР). Приборы, осно­ванные на МОР, называются оптическими рефлектометрами (ОР).

Впервые идею использования обратного рэлеевского рассеяния в кварце­вых ОВ при их зондировании короткими оптическими импульсами для иссле­дования ОВ предложили американские ученые Барноски и Персоник. Для им­пульсных ОР в зарубежной литературе принята аббревиатура OTDR (Optical Time Domain Reflectometer- оптический рефлектометр во временной области).

Риc 4.4. Упрощенная структурная схема оптического рефлектометра: ИИ - источник излучения, НО - направленный ответвитель, ОВ - исследуемое волокно, ГИ - генератор импульсов, ФПУ - фотоприемное устройство, УОС - устройство обработки сигнала, Д – дисплей

Короткий оптический импульс мощного лазера (рис. 4.4) через одно пле­чо направленного ответвителя (НО) поступает в исследуемое ОВ. Обратно на вход ОР приходят оптические импульсы, отраженные от локальных неоднородностей исследуемого ОВ. Их называют френелевскими отражениями. Через НО они поступают на вход ФПУ. В НО происходят потери при вводе излучения от ИИ в ВТ и при выводе излучения из ВТ на ФПУ. Коэффициент оптических потерь обычно К_оп ≤ 0,25.

Если в ОВ вводится мощность Р₀, коэффициент отражения от неоднород­ности равен R, то мощность отраженного импульса, приходящего на вход ОР, с учетом коэффициента затухания ОВ а и расстояния до неоднородности l:

, (4.6)

причем длительность отраженных импульсов без учета дисперсии будет равна длительности зондирующего импульса t_и.

Временной интервал t между зондирующим и отраженным импульсами определяется эквивалентным показателем преломления n, сердцевины ОВ и расстоянием l до неоднородности:

, (4.7)

Проходящий по ОВ зондирующий импульс рассеивается в любом сече­нии ОВ, а рассеянное излучение распространяется равномерно во все стороны. Это рассеяние называют рэлеевским и его невозможно устранить технологиче­скими приемами при изготовлении ОВ. Это рассеяние является линейным и его доля (коэффициент рассеяния α_s) не зависит от мощности зондирующего им­пульса при обычно используемых мощностях излучения.

Проходящий по ОВ оптический импульс длительностью t_и одновременно вызывает рассеяние с участка ОВ протяженностью

, (4.8)

где с - скорость света в вакууме.

Часть рассеянного излучения возвращается обратно к ОР. Она определя­ется фактором обратного рассеяния G, который зависит от апертурных свойств ОВ.

Факторы обратного рассеяния для MOB и для ООВ со ступенчатым про­филем показателя преломления следующие:

; . (4.9)

Для мощности излучения, рассеянного с участка ∆l, расположенного на расстоянии l от ОР и пришедшего к его входу, можно записать

. (4.10)

Совокупность рассеянного и отраженного излучений из исследуемого ОВ, приходящего на вход ОР, называют сигналом обратного рассеяния (СОР). СОР через второе плечо НО поступает (рис. 4.4) на ФПУ. После усиления в ФПУ и логарифмирования в УОС преобразованный СОР отображается в виде рефлектограммы на экране дисплея.

В табл. 4.1 приведены типичные значения относительного уровня СОР в ближней зоне ОВ при длительности зондирующего импульса 1 нc.

Таблица 4.1

Значение относительного уровня СОР

Тип	Длина волны, мкм	Ys0, дБ
ОВ	0,85	-35
	1,3	-37,5
ОВ	1,31	-39,5
	1,55	-40,5

Типичная рефлектограмма СОР для ОВ приведена на рис. 4.5, где можно выделить однородные участки 2 (без неоднородностей) с постоянным коэффи­циентом затухания а, на которых СОР после логарифмирования выглядит, как прямая линия, наклон которой определяет коэффициент затухания. Наряду с линейным изменением уровня СОР на рефлектограмме имеются особенности, обусловленные различными неоднородностями. Начальный выброс сигнала (участок 1) вызван френелевским отражением от входного торца исследуемого ОВ. Как правило, он вводит ФПУ в насыщение, а время выхода из него опреде­ляет важный параметр ОР - мертвая зона, т. е. расстояние ∆l_м, на котором не­возможно обнаружить неоднородности и измерить коэффициент затухания.

Выброс сигнала с перепадом затухания (участок 4) возникает при нали­чии в тракте разъемного соединителя и маленьких включений инородных при­месей или пузырьков воздуха, которые характеризуются возвратными потерями

α_в = -10 lgR , (4.11)

где R - коэффициент отражения.

Рис. 4.5. Сигнал обратного рассеяния

Неразъемные соединения (сварные, клеевые и механические сростки во­локон), в которых обычно отсутствуют отражения, показаны на рис. 4.5 сту­пенькой 3. Конец ОВ или его обрыв определяется по отраженному от заднего торца импульсу (участок 5) и участку 6 с резкими случайными перепадами уровня регистрируемого сигнала, обусловленных шумами ФПУ.

Метод обратного рассеяния позволяет:

- определять по одной рефлектограмме одновременно целый ряд основ­ных параметров ОВ;

• проводить измерения при одностороннем доступе к ОВ;

• измерять не только общее затухание, но и распределение потерь вдоль ОВ;

- выявлять дефектные, например, замокшие участки, характеризующиеся скачкообразным изменением сигнала обратного рассеяния;

-диагностировать текущее состояние ОВ и прогнозировать аварийные ситуации путем сравнения только что зарегистрированной и паспортной рефлектограмм ОВ.