Измеряемые параметры волоконно-оптических систем передачи и методы их измерения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Измеряемые параметры волоконно-оптических систем передачи и методы их измерения

Пацюк Тимур Тимофеевич,

Терешков Владимир Васильевич

Аннотации

В данной статье рассмотрены вопросы измерений в волоконно-оптических системах передачи (ВОСП). Основное внимание уделено измеряемым параметрам, а также некоторым методам измерения оптических характеристик.

This article discusses the measurement issues in fiber-optic transmission systems. The main attention is paid to the measured parameters, as well as some methods of measurement of optical characteristics.

Ключевые слова: волоконно-оптические системы передачи, волоконно-оптические кабели, оптические волокна, измеряемые параметры, методы измерения мощности, полосы пропускания и затухания.

Keywords: fiber-optic transmission systems, fiber-optic cables, optical fibers, measured parameters, methods for measuring power, bandwidth and attenuation.

Волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) - это совокупность оптических устройств и оптических линий передачи, обеспечивающая формирование, обработку, передачу и приём оптических сигналов.

Физической средой распространения оптических сигналов являются оптические волокна (ОВ), конструктивно объединяемые в волоконно-оптические кабели (ВОК), часто называемые просто оптическими кабелями (ОК), и в создаваемые на их основе волоконно-оптические линии передачи (ВОЛП).

ВОСП включают в себя ВОЛП, состоящие из оптических кабелей (основной элемент ВОЛП), кабельных конструкций, муфт, разъемов, соединителей, а также устройства, которые входят в состав приемника (приемного агрегатного блока) и передатчика (передающего агрегатного блока).

К ВОЛП относят все элементы, включенные в тракт передачи от агрегатного блока передатчика до агрегатного блока приемника на противоположном конце линии. Эти элементы, включенные последовательно, определяют передающие свойства линейного тракта ВОЛП.

Тестирования и измерения характеристик оптического кабеля, в том числе характеристик оптоволокон (ОВ), преследуют одну цель: обеспечить для кабеля данной конструкции высокую однородность и стабильность параметров линии передачи вне зависимости от времени.

Тестирование ВОСП ведется на всех этапах их производства, строительства, монтажа оборудования и эксплуатации.

Измерения параметров ВОСП проводятся, в основном, на всех этапах их разработки. Поэтому измерять параметры элементов ВОСП начинают в научно-исследовательских лабораториях, разрабатывающих эти элементы (ОВ, кабели, кабельные конструкции, разъемы, муфты, соединители и т.п.).

Измерениям подлежат параметры следующих элементов ВОСП:

-- оптоволокна в кабелях;

-- места сварок в соединительных муфтах и панелях;

-- механические соединители;

-- измерительные шнуры;

-- передающий блок с источником излучения;

-- приемный блок с фотоприемником.

Основными параметрами, подлежащими измерению, являются:

-- спектральная характеристика источника излучения;

-- мощность излучения передатчика;

-- ширина спектральной линии;

-- стабильность механических соединений (повторяемость результатов, вносимых потерь и коэффициента обратного отражения);

-- однородность волокон по затуханию и по дисперсии;

-- значение вносимого затухания при соединении строительных длин кабелей;

-- чувствительность приемника.

Результаты параметров и характеристики элементов линейного тракта закладываются в принятые проектные решения и служат для определения длины участка регенерации или длины усилительного участка [1], [2].

Измерение основных параметров ВОЛП

Принципы работы как систем ВОЛП, так и отдельных их узлов, и компонентов имеют существенные отличия от обычных кабельных систем с применением металлических кабелей. Также имеется специфика метрологического обеспечения ВОЛП, обусловленная оптическим диапазоном излучений.

Однако общими для традиционных металлических кабельных систем и для ВОЛП остаются основные параметры, подлежащие измерению:

-- мощность сигнала, вводимого в линию, дБм.

-- затухание сигнала в линии, дБ.

-- длина волны (мкм или нм) или частота несущего электромагнитного (светового) излучения (Гц или ТГц).

-дисперсия (расширение) импульса в линии передачи, пс.

-- чувствительность ВОСП (дБм) при заданном коэффициенте ошибок.

Для современных ВОСП существуют оптические параметры, не присущие системам передачи по электрическому кабелю:

-- ширина спектральной линии оптического излучения, нм.

-- поляризационная модовая дисперсия, пс/(vкм).

-- комбинационное рассеяние, %

Далее будут рассмотрены методы измерения лишь некоторых параметров.

Измерение оптической мощности

Оптическая мощность измеряется в следующих точках ВОЛС: на передающем пункте - на выходе оптического передающего модуля (блока), то есть на оптическом интерфейсе передатчика (оптическом разъеме) и на входе оптического приемного блока, то есть на выходе оптического разъема, которым оконцовано соответствующее волокно оптического кабеля на выходе линии.

Измерение полосы пропускания и дисперсии оптического кабеля

Полоса пропускания (дисперсия) относится к основным параметрам ОК, определяющим информационно-пропускную способность кабеля. Для измерения полосы пропускания многомодовых кабелей могут быть использованы импульсные и частотные методы.

Импульсный метод основан на последовательной регистрации импульсов оптического излучения на выходе волокна измеряемого кабеля и на выходе его короткого отрезка, образованного за счет обрыва в начале волокна. Для измерения отбирают отрезки кабеля с известной длиной, прошедшие испытание на оптическую целостность методом обратного рассеяния. Минимальная длина кабеля указывается в стандартах или ТУ на конкретный тип кабеля. Торцовые поверхности ОВ измеряемого кабеля должны быть перпендикулярны оси волокна и не иметь сколов и повреждений, препятствующих прохождению оптического излучения.

Частотный метод основан на сравнении зависимостей изменения сигнала на выходе волокна измеряемого кабеля и на выходе короткого его отрезка от частоты модуляции оптического сигнала.

Для измерения хроматической дисперсии одномодовых кабелей используются метод временной задержки и фазовый метод. Оба метода удовлетворяют требованиям точности и воспроизводимости результатов. Однако метод временной задержки реализовать сложнее, поскольку из-за того, что значения коэффициента хроматической дисперсии кабелей связи менее 1,5 пс/(нм·км), он требует применения чрезвычайно быстродействующих устройств.

Фазовый метод более прост в реализации, поэтому он чаще применяется на практике. Метод основан на измерении фазового сдвига сигнала, модулированного по интенсивности излучения, которым зондируются ОВ кабеля на различных длинах волн. Частота модуляции интенсивности обычно фиксирована и лежит в пределах 30 … 100 МГц.

Измерение затухания

Измерение затухания осуществляется на всех стадиях производства ОК, строительства и эксплуатации ВОЛП. Измеряют коэффициент затухания ОК, затухание строительных длин, затухание смонтированного участка регенерации, затухание соединений ОК.

Существуют два способа выполнения измерений по методике с использованием светопропускания: метод вносимых потерь и метод обрыва.

В основном применяется метод обрыва, так как он является более точным, чем метод измерения вносимого затухания обрыва, используемый в основном в процессе строительства и эксплуатации ВОЛП.

Схема измерения затухания методом обрыва представлена на рис. 1.

Метод обрыва для измерения затухания ОК отличается достаточно высокой точностью и рекомендуется к применению для коротких ОК или линий. Им можно выполнять измерения в пределах до 10 дБ с абсолютной погрешностью не более 0,03 дБм.

Метод обрыва относится к группе методов разрушающего контроля и часто применяется во время входного контроля ОК. В процессе его реализации ОВ кабеля тем или иным способом армируют наконечником, подключают к источнику и фиксируют измерителем уровень выходного сигнала на другом конце кабеля. Затем на передающем конце отрезают фрагмент волокна длиной 1…1,5 м, скалывают его конец и с помощью адаптера на обнаженном волокне замеряют уровень сигнала, который принимается за входной уровень. Разность полученных значений дает искомое затухание. Для увеличения точности рекомендуется повторить измерения несколько раз, а за уровень входного сигнала принять среднее из измеренных значений.

Основными недостатками метода обрыва являются более высокая трудоемкость измерений и потери 1…1,5 м волокна при каждом измерении, так как приходится обрезать концы ОВ (т.е. оптокабеля).

Схема измерения затухания методом вносимых потерь дана на рис. 2.

Оптическими вносимыми потерями называют отношение суммарной мощности оптического излучения на входных оптических полюсах компонента ВОЛП к суммарной мощности оптического излучения на выходных полюсах компонента ВОЛП, выраженное в децибелах.

Соответственно при измерении вносимого затухания определяют разность уровней мощности, воспринимаемой приемником излучения при его непосредственном подключении к источнику излучения, и мощности, поступающей на приемник при его включении на выходе измеряемого оптокабеля через измерительные шнуры [3].

Рисунок 1 - Измерение затухания методом обрыва

Погрешность данного метода выше, чем метода обрыва, однако она вполне приемлема для паспортизации регенерационных участков.

Рисунок 2 - Измерение затухания методом вносимых потерь

При измерениях методом вносимых потерь сначала измеряется оптическая мощность Р 1 на выходе оптического поводка (эталонное волокно). Затем измеряемое волокно подключается между эталонным волокном и ваттметром и измеряется уровень мощности Р 2 (дБм) на его выходе. Затухание волокна определяется как разность между этими двумя уровнями мощности:

А = Р 1 - Р 2 (дБ).

Вместе с источником излучения и ваттметром следует приобрести эталонные волокна. Важно также знать уровень мощности на выходе источника излучения, уровень мощности, вводимой в волокно, и чувствительность ваттметра. оптический сигнал передача

В основу методов положено Рэлеевское рассеяние (представляет собой рассеяние на микро-неоднородностях, имеющих место в ОВ). В то время как основная часть рассеиваемой мощности распространяется в направлении "вперед", небольшая ее часть рассеивается назад к передатчику. Эта мощность обратного рассеяния по мере прохождения назад по оптоволокну также претерпевает затухание. Оставшаяся часть мощности при помощи направленного ответвителя, расположенного перед оптоволокном, выводится и измеряется. По этой световой мощности обратного рассеяния и времени прохождения по оптоволокну можно построить кривую (рис. 3), на которой наглядно видно затухание по всей длине оптоволокна [4].

Рисунок 3 - Типовая рефлектограмма ВОЛС

Список литературы

1. В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей. - Москва: Горячая линия - Телеком, 2004. - 510 с.

2. Игнатов А.Н. Оптоэлектроника и нанофотоника: Учебное пособие. - СПб.: Лань, 2011. - 544 с.: ил.

3. Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети - М.: Эко-Трендз, 2001. - 267 с.

4. Игнатов А.Н. Оптоэлектронные приборы и устройства. - М.: Эко-Трендз, 2006. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru