Физические основы передачи информации по ВОЛС (стр. 5 )

Лабораторная работа 3

Измерение вносимого затухания оптических кабелей

1 Цель работы:

1.1 Изучение факторов, вызывающих ослабление оптического излучения в оптических волокнах (ОВ), оптических кабелях (ОК). Освоение техники измерения затухания ОК.

2 Подготовка к выполнению работы:

2.1 Изучить причины, вызывающие ослабление оптического излучения ОВ и ОК.

2.2 Изучить структурную схему и принципы измерения вносимого затухания ОВ.

2.3 Подготовить бланк протокола измерений.

3 Литература:

3.1 . Оптические кабели связи и пассивные компоненты волоконно-оптических линий связи. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007.

3.2 . Принципы построения первичных сетей и оптические кабельные линии связи. - М.: Горячая линия - Телеком, 2009.

4 Оборудование и приборы:

4.1 Персональный компьютер.

4.2 Оптический тестер.

5 Задание:

5.1 Изучить методы измерения затухания оптического волокна.

5.2 Произвести измерение затухания волокна.

5.3 По результатам измерений рассчитать коэффициент затухания оптического волокна и сделать вывод о пригодности волокна к эксплуатации.

6 Контрольные вопросы:

6.1 Каковы причины затухания оптического излучения в ОК?

6.2 Как экспериментально осуществить измерение затухания в ОК?

6.3 Нарисуйте и объясните ход спектральной характеристики ОВ (зависимости затухания от длины волны).

6.4 Назовите факторы, влияющие на точность измерений затухания методом обрыва.

6.5 В каких случаях используется метод обрыва при строительстве ВОЛС?

6.6 Какие операции включает в себя технологический процесс входного контроля ОК?

7 Содержание отчета:

7.1 Название и цель работы.

7.2 Схема измерения (рисунок В2).

7.3 Таблицы с результатами измерений и расчетов (таблицы 3.1, 3.2).

7.4 Ответы на контрольные вопросы.

7.5 Выводы о пригодности оптического волокна к эксплуатации.

8 Методические указания к выполнению работы:

8.1 Ознакомьтесь с описанием лабораторной работы.

8.2 Произведите измерение затухания ОВ на заданной длине волны. Для этого выполните следующие операции:

- подключите объект измерения (аттенюатор) между источником и индикатором оптического тестера (рисунок 3.1);

- устанавливая соответствующий режим индикации, снимите показания цифрового индикатора Р2 в абсолютных (мВт) и А2 в относительных (дБм) единицах;

- подключите к блоку индикации оптического тестера источник излучения (рисунок 3.2);

- произведите измерения мощности Р1 (А1). Данные занесите в таблицы 3.1, 3.2;

- рассчитайте затухание ОВ по формулам 3.1 и 3.2:

, (3.1)

; (3.2)

- рассчитайте коэффициент затухания ОВ для каждой длины волны источника по формуле 3.3, учитывая при этом, что результирующий коэффициент затухания для каждой длины волны источника будет определяться, как среднее арифметическое значение от трех результатов измерений при различных длинах волн приемника:

, (3.3)

где L – длина измеряемого ОВ, км;

Заполните таблицы 3.1, 3.2.

Таблица 3.1 – результаты измерений мощности сигнала

Длина ОВ, км	Длина волны, нм	Результаты измерений	Результаты расчета
источника	приемника	Р1, мкВт	Р2, мкВт	А, дБ	α, дБ/км
	1310	1310				α1=
1550				α2=
850				α3=
1550	1310				α1=
1550				α2=
850				α3=

Таблица 3.2 – результаты измерений уровня сигнала

Длина ОВ, км	Длина волны, нм	Результаты измерений	Результаты расчета
источника	приемника	А1, дБм	А2, дБм	А, дБ	α, дБ/км
	1310	1310				α1=
1550				α2=
850				α3=
1550	1310				α1=
1550				α2=
850				α3=

8.3 По результатам расчетов сделать вывод о том, на какой длине волны источника данное волокно пригодно к эксплуатации. Для определения нормированного значения коэффициента затухания для длин волн 1310 нм и 1550 нм воспользуйтесь графиком затухания оптических волокон (рисунок В1). При это необходимо руководствоваться правилом αср ≤ α1310 или (1550).

Рисунок 3.1 - Подключение объекта измерения (аттенюатора) между источником и индикатором оптического тестера

8.4 Примечание

Если при подключении аттенюатора на индикаторе в режиме измерения уровня отображается значения менее чем -40 дБм. То необходимо уменьшить затухание аттенюатора, путем вращения рукоятки на нем против часовой стрелки.

Рисунок 3.2 - Подключение источника излучения к блоку индикации оптического тестера

Приложение В

1 Определение затухания ОВ

Уменьшение мощности оптического излучения в оптических волокнах в зависимости от расстояния l определяется из соотношения (формула 3.1):

, Вт (3.1)

где Рl – мощность сигнала в ОВ на расстоянии l от его начала;

Р0 – мощность при l = 0, т. е. в начале ОВ;

α – коэффициент затухания в дБ/км, если l выражена в км.

Для определения коэффициента затухания α необходимо определить затухание А (дБм) в отрезке ОВ произвольной длины по формуле 3.2:

, дБм, (3.2)

а затем вычислить коэффициента затухания α по формуле 3.3:

, дБм/км. (3.3)

2 Физические причины ослабления сигнала в ОК

Затухание излучения в ОК обусловлено внутренними (собственными) потерями мощности в ОВ (αс) и внешними (дополнительными, кабельными) потерями (αд), которые возникают в процессе сборки волокон в кабель.

Собственные потери мощности в ОВ обусловлены инфракрасным поглощением, ультрафиолетовым поглощением, релеевским рассеянием, поглощением за счет примесей (наличия паров воды ОН¯), ионов переходных металлов (ванадий, хром, магний, железо, кобальт, никель) и конструктивно-технологическими факторами (отклонением конструктивных параметров ОВ и т. п.). Инфракрасное и ультрафиолетовое поглощение обусловлено атомными и электронными резонансами. Хотя эти резонансные частоты лежат далеко от диапазона оптических частот, используемого в технике связи, но они вызывают столь сильное поглощение, что хвосты их полос поглощения захватывают и интересующую нас область при малом уровне потерь.

Инфракрасное поглощение обусловлено резонансами атомов в кристаллической решетке.

Ультрафиолетовое поглощение обусловлено электронными резонансами. Оно пренебрежимо мало по сравнению с релеевским рассеянием, и с ним, как правило, не считаются.

Релеевское рассеяние обусловлено флюктуациями показателя преломления в небольших относительно длины волны интервалах, возникающими из-за беспорядочности молекулярной структуры материала волокна. Определенная доля энергии рассеивается на неоднородностях, имеющих размеры, сравнимые с длиной волны излучения. Затухание за счет релеевского рассеяния пропорционально I/λ4.

Поглощение из-за гидроксильных ионов (пары воды) обусловлено колебаниями ионов ОН, связанных с SiО2. Это поглощения наблюдается на длине волны 2,77 мкм основных колебаний и вблизи длин волн второй – 1,38 мкм и третьей – 0,95 мкм гармоник.

На рисунке В1 приведена спектральная зависимость потерь в кварцевом волокне. Как следует из графика, на спектральной характеристике на длинах волн 0,85 мкм, 1,3 мкм и 1,55 мкм имеются окна прозрачности – области длин волн с минимальными потерями.

Дополнительные потери (αд) вызваны следующими причинами:

- загрязнением волокон в процессе их вытяжки;

- изменением размеров поперечного сечения вдоль волокна;

- неровностью границы сердцевина-оболочка;

- сглаживанием границы сердцевина-оболочка во время вытяжки волокна диффузионными процессами.

Основной вклад вносят потери вследствие микро - и макроизгибов, возникающих при изготовлении ОК.

Рисунок В1- Спектральная зависимость потерь в кварцевом волокне

I – край полосы инфракрасного поглощения;