556_Sovremennye_problemy_telekommunikatsij_2014_

характеристик оптических компонентов, отслеживать развитие индикаторов качества, анализировать общую тенденцию и, как следствие, разработать прогнозирующую политику обслуживания сети. Результаты измерений и другие данные могут экспортироваться во внешние средства обработки данных, такие как Excel™, Word™ и др. и могут быть представлены в виде твердых копий.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ БРИЛЛЮЭНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ В ОПТИЧЕСКОМ ВОЛОКНЕ

Богачков И. В.1, Горлов Н. И.2, Строкан В. Н.1 1 ОмГТУ, Омск, 2 СибГУТИ, Новосибирск

Для оценки надежности ВОЛС необходимо иметь достоверную информации о натяжении оптического волокна (ОВ) в оптическом кабеле (ОК). Обычные оптические импульсные рефлектометры не в состоянии определить натяжение ОВ, поскольку величина оптических потерь при возникновении напряжений в ОВ обычно остается в пределах нормы вплоть до момента наступления необратимых изменений в ОВ.

Одним из эффективных методов определения степени натяжения ОВ является метод бриллюэновской рефлектометрии [1 – 3], в основе которого лежит регистрация и последующий анализ спектра вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (СБР) в ОВ. Для решения этой задачи были разработаны бриллюэновские рефлектометры (БОИР – Brillouin OTDR), которые измеряют оптические свойства ОВ и на их основе позволяют прогнозировать обрыв ОВ.

Главным отличием бриллюэновского рассеяния от рэлеевского является то, что вызывающие его неоднородности подвижны [1].

Бриллюэновское рассеяние приводит к образованию обратной волны в ОВ, поэтому, зондируя ОВ короткими импульсами и сканируя несущую частоту этих импульсов, можно найти распределение вдоль ОВ спектра бриллюэновского рассеяния и, соответственно, частоты максимального сигнала в этом спектре. Бриллюэновский сдвиг частоты fБ пропорционален скорости звука и зависит от натяжения ОВ, подобно тому, как натяжение струны меняет ее тон. Поэтому, измерив распределение величины fБ вдоль ОВ, можно понять картину распределения напряжений в нем. Обычно бриллюэновская частота сдвинута на ±11 ГГц в диапазоне 1,55 мкм [1].

Метод бриллюэновской рефлектометрии – практически единственный оптический метод, позволяющий измерить величину абсолютного натяжения волокна. Для этого достаточно измерить частоту максимального сигнала в спектре бриллюэновского рассеяния и при этом нет необходимости подвергать волокно дополнительному растяжению. Так как эта частота пропорциональна величине натяжения в ОВ, то таким образом находится распределение этого натяжения вдоль ОВ [1].

141

Рисунок 1 - Картина СБР в ОВ

Рисунок 2 - Картина СБР в месте сварки ОВ1 и

На рисунке 1 представлена трехмерная (3D-) рефлектограмма, на которой видно распределение СБР по длине световода. В данном случае световод составлен из ОВ нормализующей катушки (1) (длина 1,73 км), сваренного с ОВ

(3) из ОК (длина 4 км), который находился под воздействием низких температур. Место сварки обозначено стрелкой 2, обрыв световода – стрелкой 4, а максимум СБС – стрелкой 5. Оба ОВ являются одномодовыми.

142

Рисунок 3 - Итоговая мульти-рефлектограмма световода

На рисунке 2 представлена 3D-рефлектограмма, на которой распределение СБР показано с максимальным пространственным разрешением (50 см) в области места сварки ОВ1 и ОВ2.

Анализ СБР [1 – 3] при известном показателе преломления сердечника позволяет определить натяжение на различных участках световода.

На рисунке 3 представлены зависимости по длине световода натяжения

(Strain), СБР, ширины СБР (B.S.W) и потерь (Loss).

Рисунок 4 - Зависимость натяжения световода

На рисунке 4 представлена развернутая зависимость натяжения в области места сварки ОВ1 (маркер «1») и ОВ2 (маркер «2»).

143

Из рефлектограммы видно, что второе ОВ из-за воздействия низких температур находится в несколько «сжатом» состоянии (отрицательное натяжение 0,067 %), по сравнению с ОВ1, которое имеет комнатную температуру. БОИР успешно обнаружил проблемный участок, хотя и натяжение осталось в безопасных пределах.

Таким образом, анализ СБР позволяет эффективно обнаруживать изменение модуля Юнга и температуры в ОВ.

Литература:

1.Богачков И. В., Методы и средства мониторинга и ранней диагностики волоконно-оптических линий передачи: монография / И. В. Богачков, Н. И. Горлов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. – 192 с. – 500 экз.

2.Применение численных методов анализа бриллюэновского рассеяния для оценки распределенных нерегулярностей в ВОЛС / И. В. Богачков, С. В. Овчинников, Н. И. Горлов, Н. Ю. Ситнов // Телекоммуникации. №2, 2014. – М.: Наука и технологии, 2014 (ISSN: 1684-2588).

3.Applying of Brillouin Scattering Spectrum Analysis for Detection of Distributed Irregularities in Optic Fibers and Estimation of Irregularities Parameters / I. V. Bogachkov, S. V. Ovchinnikov , V. A. Maistrenko // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON) 2013. Proceedings. – Krasnoyarsk: Siberian Federal University. Russia, Krasnoyarsk, Sept. 12−13, 2013.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОЦЕНКИ ПОПЕРЕЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Богачков И. В.1, Горлов Н. И.2, Строкан В. Н.1 1 ОмГТУ, Омск, 2 СибГУТИ, Новосибирск

Одним из эффективных методов определения степени натяжения оптическое волокно (ОВ) является метод бриллюэновской рефлектометрии [1], основанный на анализе спектра вынужденного рассеяния МандельштамаБриллюэна (СБР) в ОВ. Для оценки влияния поперечных нагрузок на характеристики ОВ с целью уточнения моделей, рассмотренных в [1 – 3], были проведены экспериментальные исследования с «Ando AQ 8603» при содействии ЗАО «Москабель-Фуджикура». Измеряя распределение величины бриллюэновского сдвига частоты вдоль ОВ, можно понять картину распределения механических напряжений в нем.

В данном эксперименте световод составлен из ОВ нормализующей катушки (1) (длина 1,73 км), сваренного с другим ОВ (3) из ОК (длина 4 км). Место сварки обозначено стрелкой 2, максимум СБР – стрелкой 4. Оба ОВ являются одномодовыми. На расстоянии 2 м от места сварки на ОВ2 было сформировано место, на которое подвешивались гири от 20 г до 500 г. Катушки были расположены так, чтобы растягивающая сила действовала на ОВ2 только в поперечном направлении.

144

На рисунке 1 представлена 3D-рефлектограмма распределения СБР по длине световода без воздействия поперечной растягивающей силы.

4

Рисунок 1 - Картина СБР в световоде без поперечной нагрузки

При появлении поперечной нагрузки при 0,2 Н началось наблюдаться изменение СБР в области воздействия, что показано на рисунке 2. При дальнейшем увеличении поперечной нагрузки уже при 0,5 Н (рисунок 3) наблюдается существенное изменение СБР, и рефлектограмма начинает напоминать обрыв ОВ. При дальнейшем увеличении нагрузки существенных изменений 3D-рефлектограмм СБР не наблюдалось.

Рисунок 2 - Картина СБР в световоде при поперечной нагрузке 0,2 Н

145

Рисунок 3 - Картина СБР в световоде при поперечной нагрузке 0,5 Н

Это явление можно объяснить падением уровня отраженного сигнала из-за того, что такие поперечные нагрузки приводят к появлению изгиба ОВ, в результате чего траектория распространения лучей изменяется.

При этом картины распределения натяжения в световоде позволяют зафиксировать проблемный участок (место воздействия), но не обнаруживают существенных изменений натяжения в этой области.

На рисунке 4 представлена картина распределения при поперечных нагрузках 0 – 0,5 Н (различия графиков практически в этом диапазоне не различимы!).

Рисунок 4 - Картина распределения натяжения в световоде при поперечных нагрузках 0 – 0,5 Н

На рисунке 5 представлена картина распределения при поперечных нагрузках 1 – 3 Н (различия графиков практически в этом диапазоне также отличаются несущественно).

146

Рисунок 5 - Картина распределения натяжения в световоде при поперечных нагрузках 1 – 3 Н

Принципиальным отличием от картины рисунка 4 является появление «нулевого» участка графика после места изгиба с резкими выбросами как в положительную, так и в отрицательную стороны.

Это различие связано с падением уровня отраженного сигнала до уровня шума, что приводит к некорректному анализу СБР. При этом натяжение перед самой точкой воздействия на ОВ остается практически тем же, что при малых нагрузках (рисунок 4).

Таким образом, в данном случае БОИР способен обнаружить проблемный участок, но не сможет при обычной процедуре анализа оценить натяжение с высокой точностью.

Литература:

1.Богачков И. В., Методы и средства мониторинга и ранней диагностики волоконно-оптических линий передачи: монография / И. В. Богачков, Н. И. Горлов. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2013. – 192 с. – 500 экз.

2.Применение численных методов анализа бриллюэновского рассеяния для оценки распределенных нерегулярностей в ВОЛС / И. В. Богачков, С. В. Овчинников, Н. И. Горлов, Н. Ю. Ситнов // Телекоммуникации. №2, 2014. – М.: Наука и технологии, 2014 (ISSN: 1684-2588).

3.Applying of Brillouin Scattering Spectrum Analysis for Detection of Distributed Irregularities in Optic Fibers and Estimation of Irregularities Parameters / I. V. Bogachkov, S. V. Ovchinnikov , V. A. Maistrenko // International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON) 2013 Proceedings. – Krasnoyarsk: Siberian Federal University. Russia, Krasnoyarsk, Sept. 12−13, 2013.

147

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК НАТЯЖЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН

Богачков И. В.1, Горлов Н. И.2, Строкан В. Н.1 1 ОмГТУ, Омск, 2 СибГУТИ, Новосибирск

Для оценки надежности и долговечности ВОЛС необходимо иметь достоверную информации о натяжении оптического волокна (ОВ) в оптическом кабеле (ОК). Одним из эффективных методов определения степени натяжения ОВ является метод бриллюэновской рефлектометрии [1 – 3], в основе которого лежит регистрация и последующий анализ спектра вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (СБР) в ОВ. Измерив распределение величины бриллюэновского сдвига частоты вдоль ОВ, можно понять картину распределения механических напряжений в нем. [1].

С целью уточнения моделей, рассмотренных в [1 – 3], были проведены экспериментальные исследования с БОИР «Ando AQ 8603» при содействии ЗАО «Москабель-Фуджикура».

В данном эксперименте световод составлен из ОВ нормализующей катушки (1) (длина 1,73 км), сваренного с другим ОВ (3) (длина 3 км) Место сварки обозначено стрелкой 2, максимум СБР – стрелкой 4. Оба ОВ являются одномодовыми. На расстоянии 2 м от места сварки на ОВ1 было сформировано место, на которое подвешивались гири от 20 г до 500 г. Катушки были расположены так, чтобы растягивающая сила действовала на ОВ1 только в продольном направлении.

4

Рисунок 1 - Картина СБР в световоде без продольной нагрузки

На рисунке 1 представлена 3D-рефлектограмма распределения СБР по длине световода без воздействия растягивающей силы.

148

На рисунке 2 – СБР при воздействии силы в 2 Н (гиря в 200 г).

Рисунок 2 - Картина СБР в световоде при продольной нагрузке в 200 г

Как видно из рисунка 2, наблюдаются небольшие изменения СБР.

Рисунок 3 - Картина СБР в световоде при продольной нагрузке в 400

При увеличении нагрузки до 4 Н (400 г) изменения СБР проявляются в месте растяжения сильнее, что показано на рисунке 3.

Следует отметить, что при нагрузке в 300 г наблюдается падение уровня отраженного сигнала за растягиваемым местом, что связано с появлением продольных нагрузок в месте крепления гирь. Кроме того, зависимости отличаются для ОВ с различной эластичностью защитного покрытия. У ОВ с более жестким покрытием ОВ может практически не растягиваться (СБР у БОИР не изменяется), но при нагрузках 4 Н – 6 Н сразу оборваться.

Анализ СБР [1 – 3] при известном показателе преломления сердечника позволяет определить натяжение на различных участках световода.

149

Рисунок 4 - Итоговая мульти-рефлектограмма без продольной нагрузки

На рисунках 4 – 6 представлены соответствующие зависимости по длине световода натяжения (Strain), СБР, ширины СБР (B.S.W) и потерь (Loss).

Рисунок 5 - Итоговая мульти-рефлектограмма в световоде при продольной нагрузке в 200 г

Рисунок 6 - Итоговая мульти-рефлектограмма при нагрузке в 400 г

150