Дисперсия и полоса пропускания.

По оптическому волокну передается не просто световая энергия, но также полезный информационный поток, в процессе распространения расплываются. При достаточно большом уширении импульсы начинают перекрываться, так что становится невозможным их выделение при приеме.

Дисперсия - уширение импульсов - имеет размерность времени и определяется как квадратичная разность длительности импульсов на выходе и входе кабеля длины λ по формуле:

τ(λ)= (9)

Дисперсия нормируется в расчете на 1км, и измеряется в ПС/км.

Дисперсия характеризуется тремя основными факторами:

-различием скоростей распространения направляемых мод (межмодовая дисперсия τ_мод)

-направляющими свойствами световодной структуры (волноводной дисперсией τ_w),

-свойствами материала оптического волокна (материальной дисперсией τ_mat).

дисперсия

межмодовая, τ_mod

хроматическая τ_chr

материальная τ_mat

волноводная τ_w

Рис. 4. Виды дисперсии

Чем меньше значения дисперсии, тем больший поток информации можно передать волокну. Результирующая дисперсия τ определяется:

τ²= τ_mod²+ τ_chr²= τ_mod²+( τ_mat₊ τ_w)²(10)

Пропускная способность ∆F является важнейшим параметром ВОСП, предопределяющим ширину линейного тракта , полосу частот, просекаемую световодом,и, соответственно, объем информации, который можно передавать по ОК.

Связь между дисперсией и полосой частот, передаваемых по волоконному световоду выражается:

∆F= (МГц · км) (11)

Межмодовая дисперсия возникает вследствие различной скорости распространения мод, и имеет место только в многомодовом волокне:

τ_mod _step (λ) · λ= (12) для ступенч. мгомод. волокна

τ_mod _grad (λ) · λ= (13) для градиент. многомод. волокна

где - длина межмодовой связи (для ступенчатого волокна порядка 5км, для градиентного порядка 10км)

Хроматическая дисперсия состоит из материальной и волноводной составляющих и имеет место при распространении как в одномодовом, так и в многомодовом волокне. Однако наиболее отчетливо она проявляется в одномодовом волокне из-за отсутствия межмодовой дисперсии.

Материальная дисперсия обусловлена зависимостью показателя преломления волокна от длины волны. В выражение для дисперсии одномодового волокна входит дифференциальная зависимость показателя преломления от длины волны:

τ_mat=(∆λ,λ)=∆λ·λ· (14)

Волноводная дисперсия обусловлена зависимостью коэффициента распространения моды от длины волны:

τ_w=(∆λ,λ)=∆λ·λ·2n₁²∆/cλ (15)

где: ∆λ (нм) - уширение длины волны вследствие некогерентности источника излучения.

К уменьшению хроматической дисперсии ведет использование более когерентных источников излучения, например лазерных передатчиков (∆λ=2нм), и использование рабочей длины волны более близкой к длине волны ненулевой дисперсии.

Измерение затухания осуществляется на всех стадиях производства ОК, строительства и эксплуатаций ВОЛП измеряют:

-коэффициент затухания оптического кабеля;

-затухания строительных длин;

-затухания смонтированного участка регенерации;

-затухание соединений ОВ.

4.2 Принцип действия упрощенной строительной схемы оптического рефлектометра:

Оптические рефлектометры измеряют время прихода отраженного сигнала. Для определения расстояния измеренная величина времени умножается на скорость распространения света в оптическом волокне, таким образом, оптический рефлектометр отображает относительную мощность обратного сигнала в зависимости от расстояния. С помощью этой информации могут быть определены важнейшие характеристики линий :

- Расстояние: расположение характерных элементов (объектов) вдоль линии, расстояние до конца линии или места обрыва.

- Затухание: как для отдельных сварных соединений, так и общее затухание всей линии.

- Коэффициент затухания: волокна в линии

- Отражение: величина отражения или (или затухание отражения) для отдельных объектов, таких как соединители.

3 ОР

2 ЛД

1 ГН

ОВ

Рис.5 Упрощенная структурная схема оптического рефлектометра, работающего во временной области где:

1 – генератор задающих импульсов (ГН);

2 – источник оптического излучения (лазерный диод – ЛД);

3 – оптический разветвитель – ОР;

4- исследуемое оптическое волокно - ОВ;

5- фотоприёмное устройство (Ф.П.);

6 – блок управления и математической обработки –БУМО;

7 – устройство отображения.

Вырабатываемые ГН импульсы преобразуются в ЛД путем модуляции оптической несущей по интенсивности в зондирующие оптические импульсы, которые поступают через ОР в исследуемое волокно поток обратного рассеяния, возбуждаемый при распространении зондирующих импульсов в оптическом волокне, через ОР поступает на вход чувствительного ФП, где преобразуется в оптический сигнал который, после специальной обработки в БУМО, подается в канал вертикального отклонения УО, вызывая соответствующие изменения характеристики по вертикальной оси У. Вертикальная ось градуируется в дБ. Отклонение по горизонтали оси Х происходит под действием пилообразного напряжения развертки, которая запускается импульсами ГН. В результате этого абсцисса характеристики прямо пропорциональна времени запаздывания сигнала t. Поскольку групповой показатель преломления сердцевины, а соответственно и групповая скорость распространения оптического сигнала в волокне известны, горизонтальная ось градуируется в единицах длины.

БУМО согласовывает работу ГН и УО , синхронизируя запуск генератора развертки импульсами ГН, и создает возможность наблюдения характеристики обратного рассеяния или полностью, или по частям. Обеспечивает регистрацию и занесение в память реализации зависимости от времени мощности обратного рассеяния и их усреднение. А также осуществляет управление работой рефлектометра по заданной программе, обработку данных, выполняет ряд сервисных функций. Принцип действия оптических рефлектометров обратного рассеяния , работающих во временной области, основан на зондировании волокон оптическими импульсами и прямых измерениях на ближнем конце зависимости уровня мощности обратного потока от времени. Эту зависимость называют характеристикой обратного рассеяния оптического волокна или коротко-рефлектограмной. При этом ось ординат градуируется в дБ по мощности, а ось абсцисс в единицах длины, учитывая, что отсчитываемое вдоль волокна расстояние прямо пропорционально времени. Принцип ОТDR измерений основан на введении в волокно импульсного оптического излучения, и последующем анализе той малой части светового потока, которая возвращается на фотодиод в результате обратного рассеивания и отражений распространяющейся в волокне световой волны. В результате математической обработки сигнала фотодиода на экране ОТDR формируется изображение, которое носит название Рефлектограммы., представляющей собой зависимость уровня данного сигнала от расстояния вдоль волокна. Рефлектограмма позволяет определять затухание и разрыв волокна, вносимые потери компонентов , наличие механических воздействий на волокно, а также ряд других очень важных характеристик волоконно-оптической линии связи.

return false">ссылка скрыта

Очевидно, что основной характеристикой приборов данного типа является динамический, непосредственно связанный с дальностью обнаружения неоднородности волокна.

Конструкция прибора ОТDR типа FTB -200. Лицевая панель прибора, приведена на Рис.6.