Контрольная работа: Вимірювання у ВОСП
Рисунок 2 – Структурна схема оптичного тестера
Кабель, загасання якого вимірюється, через оптичні роз`єми 4 підключається до ПОМ 1 та ПрОМ 2. Оптичний тестер дозволяє вимірювати оптичну потужність як у абсолютних одиницях (Вт), так і у відносних (дБп). Власна похибка вимірювань оптичної потужності не перевищує 0,5 дБп. Похибка при вимірюванні залежить від загасання в оптичних з`єднувачах, тому при вимірюванні важливо забезпечити надходження усього потоку випромінювання з одного боку на об`єкт вимірювання, з іншого – на світлочутливу поверхню ФД. Недоліком фотоелектричних ВОП є вузький спектральний діапазон, що потребує окремих комплектів для кожного вікна прозорості, температурна нестабільність, неможливість вимірювати високі рівні потужності, перевагою цих приладів є висока чутливість, широкий діапазон потужностей, що вимірюються (10 -9 -10 –2 Вт), портативність.
3 . Вимірювання геометричних параметрів ОВ
До геометричних параметрів ОВ належать розміри серцевини ОВ, оболонки ОВ (поперечні параметри) та його довжина (подовжній параметр).
Зміна розмірів серцевини ОВ по його довжині суттєво впливає на процес передачі енергії, відхилення ж діаметра оболонки від номінального, особливо при її достатній товщині, на розповсюдження світлової енергії практично не впливає.
На процес розповсюдження хвиль впливають такі дефекти ОВ, як несоосність серцевини та оболонки, еліптичність серцевини та оболонки, відхилення діаметрів серцевини та оболонки від номінальних значень. Ці дефекти спричиняють додаткові втрати при з`єднанні ОК. Найбільш суттєво дефекти ОВ впливають при виготовленні пасивних елементів трактів ВОСП на основі волоконної технології.
Вимоги до стабільності геометричних параметрів ОВ значно збільшуються для одномодових ОВ. Норми на відхилення геометричних параметрів встановлені МККТТ.
Оптичне волокно виготовляється методом витягування із заготовки, в якій сформовано потрібний профіль показника заломлення. Усі викривлення її геометричної форми, а також профіль показника заломлення передаються ОВ, що витягується. Тому на стадії виготовлення ОВ ретельно контролюються параметри заготовки. В одномодових ОВ вимірюється також діаметр модової плями.
4 . Вимірювання числової апертури
Числову апертуру необхідно визначати для кращого узгодження при з`єднанні ОВ між собою, а також з джерелами оптичного випромінювання. Неузгодженість числових апертур ОВ, що з`єднуються, може викликати додаткові втрати приблизно 1 дБ, що перевищує кілометричне загасання кабелю.
Існує декілька методів вимірювання числової апертури: метод кілець, метод ближньої зони та метод дальньої зони. Найбільш простим методом, що не потребує спеціального обладнання, є метод дальньої зони. Принцип вимірювання числової апертури наведено на рис. 3.
Апертурний кут ОВ, в якому існує рівноваговий розподіл мод виміряється шляхом спостереження розподілу оптичної потужності в дальній зоні, або на відстані L > 10•4b2 /l від вихідного торця ОВ. Для l »1 мкм, b =125 мкм, L>15см. На цій відстані встановлюється екран. Поверхня торця ОВ повинна мати скіл нормальний до подовжньої осі ОВ та бути гладкою. Якщо діаметр світової плями, що спостерігається на екрані, дорівнює d, то визначимо апертурний кут j та числову апертуру NA
j = arctg d/2L, NA= sinj.
На рис. 4 наведена схема експериментальної установки для вимірювання числової апертури.
Рисунок 4 – Схема установки для вимірювання числової апертури
З джерела когерентного випромінювання 1 за допомогою трикоординатного маніпулятора 2 світло вводиться в ОВ, для досягнення рівновагового розподілу мод та прискорення їх витікання з оболонки використовується фільтр мод оболонки (ФМ) (або модовий фільтр) 3. Вимірювач оптичного випромінювання 4 з ФД переміщується по координаті j. Графік залежності нормованої потужності випромінювання в дальній зоні (в частині тілесного кута) від спрямованості наведений на рис. 5.
Рисунок 5 – Залежність потужності випромінювання кута j
Апертурний кут j0,1 визначається як половина площинного кута при верхівці світлового конуса вихідного випромінювання, що складає рівень 0,1 від максимального. Числова апертура дорівнює NA = sinj0,1 .
5 . Вимірювання профілю показника заломлення
Профіль показника заломлення є одним з основних параметрів ОВ, що визначає його смугу пропускання. Для вимірювання профілю показника заломлення використовуються різні методи: інтерферометричні, променеві, розсіювання, сканування відбиття від торця світловода, просторового розподілу випромінювання (в ближній та дальній зонах).
Найбільш точними є інтерферометричні засоби вимірювання, однак вони потребують спеціальної обробки торців ОВ та складного обладнання.
Найчастіше використовується метод просторового розподілу випромінювання в ближній зоні (метод ближнього поля). Сутність методу в тому, що при рівномірному збудженні всіх мод, яке можливе при використанні ламбертового випромінювача, потужність випромінювання в будь-якій точці перетину волокна пропорційна різниці показників заломлення в даній точці та оболонці, тобто пропорційна квадрату локальної числової апертури. При рівномірному збудженні ОВ на вхідному торці ОВ методом сканування вимірюється потужність в різних точках перетину вихідного торця, профіль показника заломлення можна знайти за формулою
, (3)
де Р(0) – потужність оптичного випромінювання, виміряна по центру ОВ, Р(r) – на відстані r від центру ОВ, a – радіус серцевини ОВ.
Засобами відеодіагностики досить просто реалізується метод просторового розподілу у дальній зоні. Схема вимірювань наведена на рис. 6.