Определение затухания и места повреждения оптического волокна

Затухание, вносимое в СЛТ оптической секции, является полным суммарным затуханием собственно волокна и потерь оптической мощности в адаптерах оптического передатчика и фотоприемника. Это затухание (дБм) определяется выражением:

,

где P ₀ - мощность на входе волокна, излучаемая стабилизированным источником оптического сигнала; P_L - мощность этого сигнала, измеренная на выходе волокна длиной L; Е - эффективность ввода излучения в волокно; р - коэффициент отражения вводимой мощности от торца волокна.

При согласованном вводе излучения источника в волокно, к чему стремятся на практике, получаем традиционную формулу:

, (6.1)

где p ₀ - уровень оптической мощности сигнала на входе волокна; p_L - уровень оптической мощности этого сигнала, измеренный на выходе волокна длиной L.

К настоящему времени разработаны и практически применяются несколько методов измерения полного затухания ОВ. При аварийных эксплуатационных измерениях наибольшее распространение получили два метода: прямого измерения затухания и обратного рассеяния для измерения затухания ОВ.

1. Метод прямого измерения затухания, или двухточечный метод (метод двух отсчетов), основанный на измерении уровня оптической мощности p_L на выходе волокна при условии, что на его вход подается известный уровень р ₀оптической мощности сигнала от стабилизированного источника. Тогда затухание оптического волокна определяется по формуле (6.1). Схема такого измерения затухания оптического волокна показана на рис. 6.17. Это типичная схема измерения «точка - точка», когда генератор тестового оптического сигнала и измеритель уровня оптической мощности расположены по разным концам измеряемого волокна.

Рис. 6.17

Существует две разновидности двухточечного метода: метод измерения затухания без разрушения волокна (безобрывный метод) и метод измерения затухания с разрушением оптического волокна (метод обрыва).

Безобрывный метод измерения затухания оптического волокна в точности соответствует схеме, показанной на рис. 6.17. Этот метод широко использовался в 90-х годах и еще используется в настоящее время при аварийных эксплуатационных измерениях затухания каждого из двух отрезков разорванного волокна, когда место разрыва локализовано.

Для выполнения измерений на одном конце волокна необходимо иметь стабилизированный источник оптического сигнала из состава генераторов (см. табл. 6.1) или оптический тестер, а на другом конце - измеритель уровня оптической мощности (см. табл. 6.2) или тоже оптический тестер. Один из двух последних указанных приборов должна иметь у себя аварийная команда, прибывшая на место разрыва волокна. Для повышения точности метода обычно используют статистическое накопление результатов после проведения нескольких повторных измерений.

Метод измерения затухания с разрушением ОВ часто используют при проведении строительно-монтажных работ. Процедура измерений состоит в следующем. Сначала безобрывным методом измеряется уровень оптической мощности сигнала p ₂на выходе измеряемого волокна заданной длины L ₂. Затем в нескольких метрах от начала волокна оно разрезается (но условия ввода излучения в волокно при этом не нарушаются) и измеряется уровень оптической мощности сигнала р ₁на выходе короткого отрезка волокна длинной L ₁. Этот уровень сигнала соответствует уровню, введенному в отрезанную (длинную) часть волокна (она имеет длину L ₂ - L ₁). Коэффициент затухания α (дБ/км) измеренного волокна определяется по формуле:

.

Недостаток метода состоит в том, что при измерении требуется разрушать волокно (резать его на куски), поэтому его нельзя применять там, где волокно не может быть укорочено, например, при проведении ремонтно-восстановительных работ по ликвидации разрыва оптического волокна в структуре действующего СЛТ.

2. Метод обратного рассеяния для измерения затухания ОВ в последние годы получил самое широкое распространение. Он основан на использовании оптических рефлектометров и имеет ряд достоинств (см подразд. 6.3.2).

Прежде всего - это метод без разрушения ОВ. При данном методе не требуется знание уровня мощности оптического сигнала, вводимого в волокно при каждом измерении, что в рассмотренных выше методах являлось необходимым условием измерений. Важным преимуществом метода является также возможность выполнения измерений различных оптических параметров волокна при подключении рефлектометра только к одному из концов измеряемого волокна.

В основе метода лежит анализ явления обратного рэлеевского рассеяния, вызванного проходящим по волокну импульсным сигналом. Для реализации метода рефлектометр подключается к волокну, в которое генератор оптического сигнала, имеющийся в составе рефлектометра, посылает зондирующий импульс. Проходя по волокну, этот импульс вследствие отражения сигнала от рассеянных и локальных неоднородностеи, распределенных по всей длине измеряемого волокна, создает поток обратного рассеяния. Он возвращается к тому же концу волокна и обрабатывается фотоприемником. Регистрация принятого сигнала обратного потока на выходе фотоприемника позволяет определить функцию затухания оптического волокна по его длине с одновременной фиксацией месторасположения и характера неоднородностеи, т. е. получить график зависимости уровня мощности отраженного от неоднородностеи сигнала Р _отр от длины волокна L (рефлектограмму).

Типичная рефлектограмма показана на рис. 6.18, где видны отражения, вызванные различными неоднородностями. Наряду с плавным изменением уровня мощности сигнала обратного рассеяния на рисунке видны «скачки» уровня, природа которых весьма разнообразна. Начальный выброс уровня мощности отраженного сигнала обусловлен френелевским отражением в разъемном оптическом интерфейсе, соединяющем рефлектометр с измеряемым оптическим волокном. Место (точка) сращивания двух строительных длин волокна с одинаковыми параметрами обратного рассеяния, т. е. при отсутствии френелевского отражения, вносит лишь затухание (потери), величина которого соответствует падению уровня сигнала в этой точке (скачок 1).

Сращивание двух оптических волокон, например, путем сварки, у которых параметры обратного рассеяния значительно отличаются, вызывает скачок уровня сигнала (точка 2). Если же наряду с потерями в точке соединения двух волокон имеется также и отражение, например, при разъемном соединении, то кривая в этом месте имеет локальный пик со скачком (точка 3). Свободный (дальний) конец волокна или разрыв измеряемого волокна дают выброс, обусловленный френелевским отражением (точка 4). При разрыве волокна, если плоскость скола волокна наклонена к его оси, френелевское отражение может отсутствовать, тогда место разрыва характеризуется резким падением уровня мощности отраженного сигнала. Незначительные колебания отражения на участках волокна между скачками отражения свидетельствуют о наличии технологических неоднородностей и дефектов в материале волокна.

Коэффициент затухания а волокна на его отрезке без скачков отражения, например, на участке с координатами L ₃ и L ₄ (см. рис. 6.18), определяется по значениям уровней мощности сигналов обратного рассеяния в этих точках и расстояния между точками по формуле

.

Рис. 6.18

Таким способом можно вычислить затухание ОВ на любом участке, где коэффициент затухания постоянен. Из вышеизложенного также следует, что метод обратного рассеяния является универсальным. Он дает возможность не только измерять затухание волокна и изменение этого затухания вдоль волокна по его длине, но и затухание на отдельных неоднородностях распространения сигнала по волокну, а также определять при этом места их расположения.

Недостатки метода - сравнительно небольшой динамический диапазон измерений уровней отраженного сигнала, обусловленный малой мощностью излучения обратного рассеяния, приходящего к фотоприемнику, и необходимость применения сложной высокочувствительной оптоэлектроники, используемой в рефлектометрах.

В настоящее время эти недостатки успешно преодолеваются, правда, рефлектометры являются дорогими приборами, не всегда доступными для служб эксплуатации.

Определение места повреждения оптического волокна. При проведении аварийных эксплуатационных измерений оптических волокон СЛТ первостепенными задачами являются определение участков и причин деградации качества передачи оптических сигналов, а при авариях - определение места разрыва волокна оптической секции СЛТ. Для решения этих задач используются рефлектометры.

Из рис. 6.18 следует, что рефлектограмма не только описывает функцию распределения затухания волокна по его длине, но может использоваться также для локализации точек и участков оптического волокна плохого качества.

Так, точки сварочного соединения и случайного рассеяния, связанного с дефектами оптического волокна, на рефлектограмме отображаются как увеличение затухания без всплеска мощности отраженного сигнала, что характерно для рэлеевского рассеяния без френелевского отражения. В то же время для точек плохого соединения, значительного повреждения или разрыва оптического волокна характерны всплески уровня мощности отраженного сигнала.

Рефлектометры обеспечивают проведение анализа ОВ с целью поиска в нем неоднородностей. При этом визуальный анализ формы рефлектограммы позволяет качественно оценить характер повреждения в волокне. Но необходимо учитывать, что отраженная мощность в точке разрыва зависит от угла скола волокна. Соответственно будут различаться отраженные в точке разрыва волокна сигналы на рефлектограмме.

Конечно, применение различных ООВ (Рекомендации ITU-T G.650, G.652 - G.655) в современных высокоскоростных системах передачи SDH уровней STM -64и STM -256вызывает необходимость измерения и других параметров волокон: длины волны нулевой хроматической дисперсии и наклон кривой в нулевой точке этой дисперсии; коэффициента поляризационной модовой дисперсии и основных состояний поляризации; переходных помех между волокнами, вызываемых нелинейными явлениями в ООВ и т. д. Исследовательские комиссии ITU-T продолжают изучать характеристики и методы испытаний современных оптических волокон и кабелей [19].