ИЗМЕРЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ОВ

Методы измерения затухания

В общем виде затухание сигнала между точками 1 и 2 направляющей сис­темы

, (4.1)

где Р₁, Р₂ ─мощности сигнала в точках 1 и 2, Вт,

или разность уровней

, (4.2)

где p_1, p₂- абсолютные уровни сигнала по мощности в точках 1 и 2, дБм.

Как известно, абсолютный уровень сигнала по мощности в некоторой точке k

, (4.3)

где p_k - абсолютный уровень сигнала по мощности в точке k, дБм; P_k -мощность сигнала в точке k, мВт; Р_н - мощность нормального генератора, равная 1 мВт.

Таким образом, для оценки затухания ОВ необходимо измерить мощно­сти оптического сигнала на входе и выходе ОВ.

Для измерения затухания в ОВ в основном используются методы сравне­ния уровней и обратного рассеяния.

Метод сравнения уровней в зависимости от конкретных условий измере­ния имеет несколько разновидностей.

Отечественный стандарт рекомендует две разновидности метода сравне­ния уровней на входе и выходе ОВ (ОК): обрыва и вносимых потерь.

Первый метод, более точный, связан с разрушением испытуемого ОВ, ко­торый уменьшается на 3-5 м после каждого измерения. Этот метод применяют для измерений коэффициента затухания на ОВ известной длины, не армиро­ванных оптическими соединителями (обычно на строительных длинах при входном контроле).

Второй метод применяют для измерения вносимых потерь на смонтиро­ванных участках, когда ОВ армированы оптическими соединителями.

Величина коэффициента затухания а зависит от средней длины волны λ источника излучения, а также от ширины спектра источника излучения ∆λ, по­этому эти параметры должны быть точно известны (стандартизованы). В про­цессе измерения необходимо обеспечить постоянство мощности излучения, вводимой в ОВ, и неизменность модового состава при измерении на многомодовых ОВ.

Если методы обрыва и вносимых потерь достаточно просто реализуются относительно недорогими средствами, то метод обратного рассеяния требует применения специальных дорогостоящих средств измерения - оптических реф­лектометров.

Метод обрыва

Для измерений отбирают отрезки ОВ (ОК) с известной длиной L. Необ­ходимо помнить, что погрешность определения коэффициента затухания уве­личивается при уменьшении длины ОВ. В соответствии с ГОСТ 26814-86 для подготовки образцов необходимо:

- оба конца измеряемых ОВ освободить от защитных покрытий, входной на расстоянии не менее 1 м, выходной - не менее 0,5 м;

- концы каждого ОВ освободить на длине 10-50 мм от первичных и вто­ричных защитных покрытий (оболочек);

торцевые поверхности ОВ на обоих концах ОК обработать так, чтобы они были ровными, перпендикулярными оси ОВ и не имели сколов и трещин.

Перпендикулярность сколов и отсутствие дефектов определяют под мик­роскопом с увеличением не менее х20.

Упрощенная схема установки измерения по методу обрыва представлена на рис. 4.1. Источник излучения (ИИ) через смеситель мод (СМ), фильтр оболочечных мод (ФОМ) и устройство ввода (УВ) освещает входной торец ОВ. Прошедшее ОВ излучение поступает на фотоприемник (ФП), электрический сигнал с которого поступает на регистрирующий прибор (РП).

Рис. 4.1. Схема установки для проведения измерения по методу обрыва

Измерение проводится следующим образом. С помощью УВ проводят юстировку входного торца измеряемого ОВ по максимуму сигнала на входе ФП. Фиксируют положение входного торца и регистрируют значение выходно­го сигнала Р₁.

Не изменяя положения ОВ в устройстве ввода, от выходного конца изме­ряемого ОВ обламывают отрезок длиной 0,5-3 см. Вновь обрабатывают выход­ной торец ОВ и повторяют измерение Р₁. Количество измерений определяют исходя из допустимой случайной погрешности измерения S_дп, но не менее 3 раз. Эта процедура позволяет исключить грубые ошибки из-за плохого состояния выходного конца исследуемого ОВ.

Не изменяя положения ОВ в устройстве ввода, обламывают измеряемое ОВ после ФОМ на расстоянии 1±0,2 м от входного торца. Подготавливают (об­рабатывают) выходной конец короткого отрезка ОВ. Регистрируют мощность Р₂ излучения, выходящего из короткого ОВ. Повторяют измерения для исклю­чения грубых погрешностей.

Результаты измерений оформляются протоколом, в котором указывают:

- затухание и его коэффициенты в каждом ОВ;

- длину волны и спектральную ширину источника излучения;

- марку и длину оптического кабеля;

-тип, заводские номера и дату поверки (аттестации) использованного оборудования;

-погрешность измерения при выбранной доверительной информации.

Главным достоинством измерения затухания методом обрыва является исключение (значительное уменьшение) погрешности от неопределенности уровня введенной в ОВ мощности.

В качестве ИИ для измерения затухания на одной длине волны могут ис­пользоваться светодиоды, полупроводниковые лазеры, а для измерений затуха­ния в широком спектре длин волн - лампы накаливания или газоразрядные в сочетании с монохроматором.

К источнику излучения предъявляется ряд требований:

- мощность излучения, которую можно ввести в ОВ, должна быть доста­точно большой, так как с увеличением мощности возрастает динамический диапазон измерения полного затухания;

- источник должен иметь строго определенную, стабильную длину волны и узкую полосу излучаемых длин волн, что обеспечивает единство измерений разными приборами;

- средняя мощность излучения и длина волны источника не должны зави­сеть от времени и окружающей температуры. Для уменьшения этой зависимо­сти используют системы стабилизации температуры излучателя и выходной мощности.

В многомодовых ОВ затухания различных мод отличаются. Обычно мо­ды более высокого порядка, которые проходят по ОВ больший путь, имеют большее затухание. Измерению обычно подлежит некоторое среднее затухание, обусловленное всеми возможными модами. В связи с различными затуханиями мод измеренная величина затухания зависит от распределения энергии прохо­дящего излучения между различными модами. Для обеспечения единства изме­рений на одних и тех же многомодовых ОВ необходимо обеспечить во всем исследуемом ОВ так называемое равновесное распределение мод (РРМ), которое обычно устанавливается в ОВ при любых условиях ввода через расстояние, равное длине установления L_уст, которое для разных ОВ может составлять от сотен метров до нескольких километров. Это особенно важно при определении коэффициента затухания на малых (меньше 1 км) длинах ОВ.

Для формирования РРМ могут использоваться дополнительные ОВ с длиной L > L_уст или специальные смесители мод (СМ).

Рис. 4.2. Способы подавления оболочечных мод

При измерении коэффициента затухания α на коротких участках ОВ воз­никает также погрешность за счет мод оболочки — вытекающих мод. Эта по­грешность может быть особенно существенной для одномодовых ОВ. Моды оболочки возникают, если источник излучения имеет излучающую площадку, превышающую размеры сердцевины ОВ, и если ширина диаграммы направлен­ности источника превышает апертурный угол ОВ. Оболочечные моды, хотя и имеют значительно больший коэффициент затухания по сравнению с модами сердцевины (модами распространения), тем не менее, способны распростра­няться на большие расстояния. При измерении мощности источника излучения через короткое ОВ, например, поводок, приемник зарегистрирует оболочечные моды. Это излучение фактически постороннее при измерении коэффициента затухания (регистрации подлежат только направляемые моды), поэтому возни­кает погрешность измерения коэффициента затухания, которая может иметь Очень большую величину в одномодовых ОВ. В одномодовых ОВ можно бороться с ней с помощью объектива (Об), формирующего увеличенное изобра­жение торца ОВ, и установки в плоскости изображения полевой диафрагмы (ПД), отсекающей оболочечные моды перед приемной площадкой фотоприем­ника (рис. 4.2, а), или использовать фильтр оболочечных мод (ФОМ), который обычно представляет собой отрезок ОВ, освобожденный от защитных покры­тий, сложенный петлей (изогнутый) радиусом порядка 10 см и помещенный в кювету с иммерсионной жидкостью, смачивающей оптическую оболочку ОВ на длине 5-10 см (рис. 4.2, б). Иммерсионная жидкость должна иметь показатель преломления п_i= n₂, где n₂ - показатель преломления оболочки. Тогда оболо­чечные моды без отражения на границе оболочка-жидкость будут переходить в жидкость, поглощаться и рассеиваться в ней.

Для измерения затухания по методу обрыва используются серийно вы­пускаемые источники и приемники излучения. О серийном изготовлении сме­сителей мод и фильтров мод оболочки для измерений по методу обрыва нет информации. Их надо изготавливать самостоятельно.