Лабораторная работа 5а

Лабораторная работа 5а. Измерение зависимости коэффициента затухания от радиуса кривизны изгиба оптоволокна

Цель работы: изучение причин затухания сигналов в оптоволокне, измерение потерь на изгибах оптического волокна при различных радиусах кривизны.

Оборудование: генератор прямоугольных оптических импульсов, оконеченные оптическими разъемами отрезки многомодового оптоволокна одинаковой длины, фотоприемник, осциллограф.

Установка состоит из полупроводникового лазера, электрического генератора прямоугольных импульсов, набора многомодовых коммутационных шнуров, намотанных на стержни различных радиусов, прямого отрезка оптического многомодового оптоволокна, фотодиода ФД-256, осциллографа. Прямоугольные импульсы с генератора подаются на первый вход Y двухлучевого осциллографа, и этим же сигналом модулируется излучение лазера.

Оптический сигнал прямоугольной формы через оптическое волокно передается на фотодиод ФД-256, а с него на второй вход Y осциллографа. Отрезок волокна может быть прямым, или намотанным на стержень радиуса R.

Потери в оптоволокне

При распространении сигнала в оптоволокне его средняя мощность уменьшается. Зависимость между мощностью входного и выходного сигнала в оптоволокне определяется законом Бугера:

Связь между коэффициентами α и γ имеет вид:

10 lg e 4,343 . (3)

Входную и выходную мощность часто записывают в логарифмических единицах – децибелах на милливатт (обозначают [дБм]):

Перепишем закон Бугера (1) в логарифмических величинах, согласно формулам (4- 5), тогда связь между входной, выходной мощностью и длиной оптического волновода L будет линейной:

Произведение Lназывается затуханием сигнала на отрезке волокна длины L.

В лабораторной работе оптический сигнал подается на фотодиод и преобразуется в электрический, поэтому для расчета удельного коэффициента затухания будут использовании значения напряжения:

В качестве Uin следует взять выходной сигнал с прямого отрезка волокна, то есть сигнал, прошедший участок, не имеющий изгибов.

Причины потерь в оптоволокне

Кзатуханию сигнала в оптическом волноводе приводят следующие явления:

1)релеевское рассеяние,

2)рассеяние на неровностях границ волокна,

3)поглощение сигнала кварцевым стеклом,

4)поглощение примесями,

5)потери на изгибах.

Технология производства волокна и выбор рабочих длин волн (так называемых, окон прозрачности) минимизируют влияние рассеяния и поглощения. Потери на изгибах могут быть следствием, как некачественного монтажа, так и несанкционированного подключения к оптоволокну [1-2]. О различных способах выявления скрытного подсоединения к волокну рассказано в работах [3-5].

Для изучения зависимости потерь от радиуса кривизны изгиба волокна применяются как численные, так и экспериментальные методы. В настоящей работе выполняется измерение зависимости коэффициента удельного затухания волокна в катушках различных радиусов.

Ход работы

1)Электрический сигнал с выхода модулятора подать на вход I (Y) двухлучевого осциллографа. К оптическому выходу модулятора сигналов подсоединить прямой отрезок оптоволокна, второй разъем волокна подключить на разъем фотодиода. Электрический сигнал с фотодиода подать на вход II (Y) осциллографа. Перечертить на кальку электрический входной сигнал и сигнал, пришедший с фотодиода. Записать масштабы по осям координат.

2)Отсоединить от генератора оптических импульсов и от разъема фотодиода прямое ОВ и подсоединить катушку с намотанным волокном радиуса R1 5мм,

получить сигнал фотодиода на осциллографе. Записать в тетради вывод о проделанном измерении.

3)Поменять катушку на другую, с радиусом R2 7,5мм, получить сигнал на осциллографе, перечертить, записать масштабы.

4)Проделать измерения п. 3 с катушками волокна радиусов 10…20мм, перечертить осциллограммы. Амплитуды выходных сигналов записать в таблицу 1. По формуле рассчитать удельный коэффициент затухания α для

катушек различных радиусов, учитывая, что длина намотанного участка составляет 1 м.

Таблица 1

5)Построить график зависимости R .

Контрольные вопросы:

1)Что такое релеевское рассеяние?

2)В чем заключается рассеяние на дефектах волокна?

3)Назовите причины примесного поглощения оптоволокна.

4)Что такое окна прозрачности?

5)В чем заключается опасность микро- и макроизгибов?

6)Перечислите методы контроля макро- и микроизгибов.

Литература:

1.Sandra Kay Miller, "Hacking at the Speed of Light", Security Solutions Magazine, April 2006.

2.Iqbal M.Z., Fathallah H., Belhadj N., Optical Fiber Tapping: Methods and Precautions. High Capacity Optical Networks and Enabling Technologies (HONET) - 2011.

3.«Optical Fiber Design for Secure Tap Proof transmission», US Patent No. 6801700 B2, Oct. 5, 2004.

4.All Optical Networks (A ON), National Communication System, NCS TIB 00-7, August 2000.

5.DrakaElite, BendBright-Elite Fiber for Patch Cord, Draka Communications, July, 2010.