13.2.Измерение коэффициента затухания оптической линии.

Существуют два способа измерения коэффициента затухания волокна: метод обрыва и метод вносимых потерь.

Первый метод предполагает измерение мощности оптического излучения в двух точках - на дальнем конце оптической линии (L2) и в точке, максимально приближенной к источнику излучения (L1). При этом параметры подключения оптического источника не должны меняться. Для проведения измерения световод просто отрезается вблизи от источника. Затем коэффициент затухания определяется по формуле:

α = 10/(L2-Ll) x log(P(Ll)/P(L2)).

Этот метод дает самые точные результаты, однако, малоприменим на практике в связи с необходимостью нарушения целостности оптической линии.

Метод вносимых потерь несколько проще первого. Он предполагает наличие эталонного оптического отрезка кабеля, который на практике просто заменяется оптическим патчкордом. Для определения потерь линии этим способом, источник калиброванного оптического излучения соединяют с измерителем мощности сначала через эталонный патчкорд, а затем через оптическую линию (рис. 12.2). Такой метод имеет меньшую точность и повторяемость результатов, нежели первый, что связано прежде всего с разницей характеристик оптического волокна линии и эталонного кабеля. Однако, в большинстве случаев результаты такого измерения получаются вполне удовлетворительными и достаточными для паспортизации и эксплуатации ВОЛС.

Рис. 12.2 Определение затухания волокна методом вносимых потерь

Для проведения двухстороннего тестирования оптической линии часто применяют комбинированные оптические тестеры - приборы, в которых одновременно реализованы функции как источников излучения, так и измерителей мощности. Это позволяет значительно экономить время на проведении измерений, а также дает возможность делать измерения в обоих направлениях. Усреднение двух результатов измерений увеличивает его точность.

13.3.Методы определения неоднородностей оптической линии

Основным методом точного определения неоднородностей оптической линии является метод обратного рассеяния или рефлектометрия. Этот вид тестирования волокна очень удобен тем, что требует доступа только к одному концу оптического кабеля и дает о нем полную информацию. Приборы, использующие этот принцип тестирования, называются оптическими рефлектометрами (OTDR). Работа рефлектометра сходна с работой радара. Основной принцип - это излучение сигнала и регистрация его отражения от неоднородностей. В основу работы рефлектометра заложены два основных феномена оптического волокна — Рэлеевское рассеивание, т. е. постоянное ослабление светового импульса, распространяющегося по волокну, связанное с наличием микрочастиц и неоднородностей в волокне, и Френелевское отражение, т.е. отражение части светового потока на границах сред, имеющих различный коэффициент распространения световых волн.

При проведении рефлектометрии в волокно вводится короткий импульс света, который распространяется вдоль его сердцевины. Благодаря эффекту Релеевского рассеяния, часть единичных фотонов света отражается от неоднородностей оптического волокна и меняет траекторию. Малая доля светового потока распространяется в обратном направлении и регистрируется фотоприемником OTDR. Так как примеси и неоднородности оптического волокна распределяются однородно по всей его длине, то эта отраженная энергия несет информацию о состоянии всей оптической линии. Главным фактором, влияющим на величину энергии, отраженной в обратном направлении, является коэффициент распространения волокна В. Обычная величина коэффициента распространения для В одномодового волокна на длине волны 1550 нм - 0,2 дБ/км. Коэффициент обратного рассеяния К выражается как отношение отраженной мощности сигнала к мощности, распространяемой в прямом направлении. Коэффициент К обычно пропорционален квадратному корню числовой апертуры оптического волокна. Логарифмический уровень коэффициента обратного рассеяния, нормализованный при длительности импульса 1 нс, определяется формулой:

Кнс(дБ)= 10 1ogK-90дБ

Физически это может быть описано следующим образом: при Кнс = — 80дБ и длительности импульса 1 нс уровень отраженной мощности на 80 дБ ниже мощности, распространяемой в прямом направлении. Обратное отражение лучевого потока зависит от инжектируемой мощности (Ро), длительности импульса (Δt), коэффициента обратного отражения (К), расстояния (L), затухания волокна (α):

S = Po · Δt · K · 10(α · L/5)

Здесь: S - фактор обратного распространения, Ро и Δt - параметры OTDR.

Эффект Френелевского отражения - это основной фактор, позволяющий детектировать точное местоположение точек резкого изменения коэффициента распространения света в оптической линии. Такими точками могут быть места сварок участков оптического волокна, коннекторы (электрические соединители) и механические соединители, места сколов и обрывов волокон. На этих участках значительная часть энергии светового импульса отражается в обратном направлении. Например, теоретический уровень мощности отраженного светового импульса от границы кварц/воздух (обрыв волокна со сколом под 90°) составляет - 14дБ. Этот уровень может быть в 4000 раз больше уровня сигнала, генерируемого Релеевским рассеянием. Уровень отраженной мощности в местах сварок волокна или механического соединения, использующего специальный гель, во много раз меньше.

OTDR, в общем случае, состоит из импульсного источника излучения, генератора импульсов, полупрозрачного зеркала для разделения излучаемых и принимаемых импульсов света, устройства синхронизации, фотоприемника с усилителем, устройств обработки и отображения информации (рис. 12.3).

Рис. 12.3 Упрощенная блок-схема оптического рефлектометра

Источники оптического излучения OTDR выбираются, исходя из решаемой задачи. Они могут быть как многомодовыми, так и одномодовыми, и иметь разные длины волн. В настоящее время выпускаются OTDR с источниками на одну, две, три и даже четыре длины волны. Такие наборы позволяют детально исследовать оптическую линию, выявляя ее мельчайшие неоднородности

Основным элементом источника излучения служит лазерный диод, спектральная ширина излучения которого минимальна. Излучателем управляет импульсный генератор. Мощность световых импульсов, излучаемых в волокно, варьируется от 1 мВт до 1 Вт в зависимости от длительности импульса. Импульсы излучаются с частотой в несколько килогерц. Оператор может менять длительность импульса от 2 нс до 20 мс при выборе оптимальных параметров измерений для решения определенной задачи. Длительность импульса лимитируется временем полного возврата предыдущего импульса до момента излучения следующего. Время приема отраженных импульсов зависит от длины оптической линии. Для корректного определения этого параметра OTDR оператор должен правильно установить диапазон длины оптического волокна.

OTDR измеряет разницу во времени между генерируемым и входящим отраженным импульсом. Для увеличения точности результатов и исключения случайных событий, опробование импульсами одного и того же участка оптического волокна проводится многократно с последующим усреднением полученных результатов. Современные рефлектометры для получения наиболее точных результатов и исключения влияния случайных шумов обрабатывают от 56000 до 128000 точек данных, поэтому OTDR должен содержать достаточно мощный процессор для быстрой обработки всей информации. Результирующая информация о задержке входящего импульса по сравнению с исходящими преобразуется в расстояние, используя индекс преломления волокна. Значение индекса преломления должно быть введено оператором перед началом измерений волокна. Иначе результаты тестирования будут неверными.

Отображение результатов тестирования оптической линии производится в графическом виде. На дисплее отображается рефлектограмма, где по вертикальной оси откладывается затухание в дБ, а по горизонтальной - расстояние в метрах или километрах.

Рис. 12.4 Пример рефлектограммы