Лабораторная работа № 5 -О

 

Измерение затухания оптических волокон тестером фирмы

«LASER PRECISION»

 

1. Цель работы

 

        В результате выполнения лабораторной работы студент должен:

-       ознакомиться с причинами потерь мощности передаваемых сигналов  в волоконных световодах и при их соединении;

-       научиться измерять затухание на отрезке волоконного световода, имеющего стыки;

-       ознакомиться с практическим использованием результатов измерения коэффициента затухания в волоконных световодах в процессе строительства ВОЛС.

 

2.Задание

 

2.1. Изучить причины потерь мощности передаваемых сигналов в волоконных световодах и при их соединении.

2.2. Изучить принцип измерения затухания световодов методом двух отсчётов.

2.3. Ознакомиться с конструкцией оптического тестера фирмы «LASER PRECISION».

2.4. Измерить затухание волоконного световода, определить коэффициент затухания и сравнить его с нормами.

 

3. Оборудование рабочего места

 

1.     Оптический тестер:

- источник излучения света LP-5200;                                   

     - измеритель оптической  мощности LP-5025.

2.     Оптический кабель марки «A-DF(ZN)2Y(SR)2Y 3*6 E9/125 0.36F3.5+0.22H18LG» (смонтированная линия длиной 150м).

3.     Оптические шнуры.

               

4.Порядок выполнения работы

      

4.1. Измерить затухание волоконного световода методом 2-х отсчётов с помощью  оптического тестера  фирмы «LASER PRECISION» .

4.2. Подать питание на приборы  LP-5200 и LP-5025.Проследить процесс самотестирования прибора LP-5025 (рис. 4.1.).

4.3. Измерить уровень оптического сигнала на входе измеряемого световода, для чего собрать схему приведённую на (рис. 4.2.).

4.4. Измерить уровень оптического сигнала на выходе световода (рис. 4.3.).

4.5. Результаты измерений занести в табл. 4.1.

                                                                                           

                                                                                                                  Таблица 4.1.

Ро,

Вт (W)

Ро,

ДВм (dВm)

Рl,

Вт (W)

Рl,  

ДБм (dВm)

α,дБ/км ( при

Ро и Рl в Вт)

 

α,дБ/км (при

Ро и Рl в dВm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.6. По формулам (5.1.) и (5.2.) рассчитать коэффициент затухания  и результаты расчёта внести  в табл. (4.1.)

4.7. Сравнить  полученные значения с нормами.

 

5. Теоретические сведения

        

5.1. Сущность метода двух отсчетов

 

     Длина регенерационного участка ВОЛС наряду с другими  факторами зависит также от особенностей технологии прокладки и монтажа  оптического кабеля, влияющих на затухание волоконных световодов.

     В связи с этим возникает необходимость при  строительстве  ВОЛС предусмотреть метрологическое обеспечение процесса прокладки и монтажа оптического кабеля с целью контроля его затухания на  каждой фазе технологического процесса, начиная от входного контроля строительных длин  и, кончая прямыми  измерениями смонтированной ВОЛС.

     При передаче электромагнитной энергии  по волоконному световоду могут возникать три типа волн: направляемые, излучаемые и вытекающие (рис. 5.1.)

     Направляемые волны проходят  по сердцевине волокна и обеспечивают передачу полезной информации.

     Излучаемые волны  уже в начале линии   излучаются  в  пространство  и  не распространяются  вдоль световода.

     Вытекающие волны  распространяются вдоль световода, переходят  в оболочку   и постепенно излучаются  в окружающее пространство.

     Направляемые волны, проходя по сердцевине волокна, затухают, т.е. происходят потери энергии сигнала. Существуют две главные причины: рассеяние и поглощение энергии. Часть мощности, поступившей на вход световода, рассеивается  вследствие изменения направления распространяемых лучей на неоднородностях и их выхода за пределы световода (высвечивание). Другая часть мощности поглощается  посторонними примесями в стекле, выделяясь в виде Джоулева  тепла при колебаниях частиц этих примесей. Таким образом, затухание волоконного световода  складывается из затухания рассеяния и  затухания поглощения. Потери энергии на длине волокна  световода в 1 км  характеризуются коэффициентом затухания:

                                           α  = αp +  αn , дБ/км,          (5.1.)

где     αp  - километрическое затухание за счет рассеяния  энергии, дБ/км;

           αn -  километрическое  затухание за счет потерь  при поглощение энергии, дБ/км .                                                         

     

      Зависимость  αp и  αn от длины передаваемой волны показана на (рис.5.2.). Как видно, потери на рассеяние с увеличением  длины волны  (уменьшением частоты) уменьшаются. Потери на поглощение в посторонних

примесях носят резонансный характер: их максимальные значения находятся  в области частот,  на  которых возникают механические резонансы колебаний примесей. Молекулы одной и той же примеси, например, гидроксильных групп воды ОН, испытывают различные колебания (растяжение, кручение, изгиб и т.д.), поэтому одна и та же примесь даёт несколько резонансных частот в характеристике  αn (λ). Для получения волоконных световодов с затуханием порядка 1 дБ/км  и менее надо иметь весьма низкие концентрации примесей  в материале стекла. Это является главной причиной дороговизны

высококачественных волоконных световодов для кабелей связи.        

     Как видно из (рис.5.2.), кривая коэффициента затухания имеет минимумы.

Практика показала,что минимумы соответствуют длинам волн 0.85,  1.3,  1.55  мкм,  так  называемым “окнам  прозрачности”, причём, чем больше длина волны (из указанного перечня), тем меньше коэффициент затухания световода . В последнее время наибольшей популярностью пользуется длина

волны 1.3 и 1.55 мкм.  Однако используется также длина волны 0.85 мкм.

    Затухание ВОЛС во многом во многом определяется качеством монтажа муфт оптического кабеля, которое зависит от соединения волоконных световодов и укладки их внутри муфты. Одной из задач при соединении одиночных волоконных световодов является достижение и удержание взаимной юстировки торцов сочленяемых световодов. Другой важной задачей является обеспечение высокой стабильности оптического соединения, т.е. сохранность параметров во времени независимо от температуры, влажности и числа соединений. В реальных условиях невозможно обеспечить указанные выше требования, поэтому в местах соединения световодов возникают потери, величина которых зависит от качества их сопряжения. Для обеспечения малых потерь (а<0,05 дБ) в оптических соединениях торцевые поверхности последних должны быть подготовлены так, чтобы они были оптически плоскими и перпендикулярными к оси световодов, что достигается специальными методами обработки.

Определение затухания в любой направляющей системе, как известно, связано с определением уровня сигнала на ее входе и выходе. Мощность сигнала на конце волоконного световода в Вт определяется по закону

                                               Р1=Р0е –0,1al       (5.2.)

    Где  Р0 -мощность сигнала на входе волоконного световода, Вт;

            Р1 –мощность сигнала на выходе волоконного световода, Вт;

         * -коэффициент затухания оптического волокна на определенной

              длине волны оптического излучения, дБ/км.

        l – длина волоконного световода, км.

Из (5.2.) для коэффициента затухания в дБ/км можно записать:     

                                     10lg,      дБ/км       (5.3.)

       При уровнях сигнала p0 и p1, выраженных в дБ, формулу (5.3.) можно представить в виде:

                                       ,            дБ/км          (5.4.)

Коэффициент затухания электрической цепи от ее длины практически не зависит. Однако для оптического кабеля коэффициент затухания в определенном интервале зависит от длины оптического волокна (рис.5.3).

Как видно из рис.5.3, коэффициент затухания уменьшается вначале резко за счет излучаемых мод и. наконец, стабилизируется, когда в стекловолокне имеются только направляемые волны. Причем, как показала практика, моды излучения действуют на отрезке кабеля от его начала до расстояния не более 3м. Действие вытекающих волн заканчивается на отрезке световода порядка 1км.

Поэтому на практике при определении  световода для точных измерений следует брать длину волокна больше 1км (или нормирующую катушку волокна), а для приближенных - не менее 3м.

Для измерения коэффициента затухания волоконных световодов существуют различные методы. Рассмотрим один из них, называемый методом двух отсчетов или  методом сравнения сигнала на входе и выходе волоконного световода.

Принцип метода (рис 4.2, рис.4.3.) основан на измерении мощности  сигнала на входе в световод Р0 и на его выходе Рl .  Затем коэффициент затухания  рассчитывается по формулам (5.3)  и (5.4) . Мощность сигнала или его уровень  по мощности измеряется  оптическим тестером или ваттметром

оптической мощности .

 

 


 

 

 

5.2.  Конструкция источника излучения LP-5200

 

      Источник излучения LP-5200 генерирует оптические колебания с длиной волны λ= 1300 нм и λ= 1550 нм. На рис. 5.4. изображена лицевая панель прибора.

      Питание на прибор подается нажатием кнопки PWR (напряжение питания 6В, постоянный ток 400 мА).

      В момент включения питания на передней панели прибора загорается СW и 1300. Нажатием кнопки «λ» выбирается требуемая длина волны оптического излучения.

      Нажатием кнопки СW/MOD выбирается вид оптического излучения:

-         если на табло высвечивается СW, то этот режим соответствует непрерывному излучению;

-         если на табло высвечивается 270 Hz или 2 кHz – излучение модулированное указанной частотой.

      Сверху корпуса размещен выходной оптический разъем.

      Снижение питающего напряжения сигнализируется загоранием индикатора заниженного питания «LBAT».

      Питание осуществляется автономно, при помощи  блока питания на 6В или от четырех батарей напряжением по 1.5В каждая.

       Технические характеристики источника излучения приведены в табл. 5.1.

 

               Таблица 5.1

№ п/п

Техническая характеристика

Значение

1

2

3

1

Длина волны, нм

1300 + 30нм/1550 +  20нм

2

Мощность оптического излучения на выходе

100 μW/-10 dBm min

3

Диапазон изменения мощности излучения

4 дБ

4

Ширина спектральной линии лазера

5 нм

5

Отклонения мощности лазера при изменении температуры от 0º С до + 45º С

+ 0.5 дБ

6

Виды модуляции

CW – непрерывное излучение; 270 Гц; 2 кГц

7

Температура эксплуатации

- 10º С до + 50º С

8

Влажность

Не более 95%

9

Температура хранения

- 30º С до +60º С

 

 

5.3. Конструкция оптического приемника LP- 5025

 

      Приемник оптического излучения LP- 5025 предназначен для измерения мощности оптического излучения с длиной волны 0.85; 1.31  и 1.55 мкм.

      Лицевая и задняя панели прибора приведены, соответственно на рис. 5.5.

На рис.5.6. и рис.5.7. соответственно изображены верхняя и левая боковая панели прибора.

В верхней части передней панели расположен дисплей прибора, на котором высвечивается тест самопроверки в течении нескольких секунд (рис. 4.1.).

       Под цифровым дисплеем расположены три функциональные клавиши желтого цвета (рис.5.8.):

 

·     Source (Источник) - клавиши настройки лазерного источника на соответствующую длину волны;

·     Mod.- вид модуляции;

·     ORL – клавиша включения режима  ORL (режим отражения)

 

·     1-ая функциональная клавиша «dBm/W» служит для переключения режимов измерения;

·     2-ая функциональная клавиша «P/F» служит для подбора диапазона измерения в ручном режиме;

·     3-тья функциональная клавиша «λ alt» - альтернативная длина волны,

·     выбираемая путем нажатия клавиши «λ» или клавиш «    », «   »

 

·     Min - сохранение текущего значения в доступном расположении памяти;

·     MR - выбор предварительно записанных значений из памяти;

·     MC - очистка всех предварительно сохраненных значений из памяти

 

   На передней панели располагаются следующие клавиши (рис.5.9.):

BKLGT – включение подсветки;

PRINT – вывод результатов на печать;

MODE – выбор режима для функциональных клавиш;

λ - выбор длины волны оптического диапазона;

STORE REF – переключение длины волны и мощности оптического излучения на маленьком дисплее.

 

6. Содержание отчёта

 

Отчёт по лабораторной работе должен содержать следующее:

1.     Описание метода двух отсчётов для измерения затухания световодов с приведением рис.4.2. и рис.4.3.

2.     Результаты измерений коэффициента затухания световодов в виде табл.4.1.

3.     Результаты сравнения полученных значений с нормами.

 

7. Контрольные вопросы

 

1.     На каком принципе основано прохождение оптического сигнала по световоду?

2.     Какие типы волн распространяются по волоконному световоду?

3.     Какие факторы влияют на потери оптической энергии в световоде?

4.     В чём сущность метода двух отсчётов при измерении затухания волоконного световода?

5.     Как устроен источник оптического излучения LP-5200?

6.     Как устроен приёмник оптического излучения LP-5025?

7.     Какие нормы на затухание оптических волокон?

 

Литература

 

1.     Гроднев И.И., Ларин Ю.Т., Теумин И.И. Оптические кабели. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 264с.

2.     Васильев В.Н., Семейкин В.Д. Волоконно – оптические линии межстанционной связи. Справочное пособие.: - Ташкент: ТЭИС, 1997.- 134с.

3.     LP-5200 SERIES LIGHT SOURCES – GN Nettest laser precision 1996.

4.     LP5025 series. Fiber Optic Power Meters & ORL Loss Test Sets – GN Nettest laser precision 1996.

 

 

 

 

Методическое руководство к выполнению     

                                                          лабораторной работы «Измерение затухания оптических волокон тестером фирмы «Laser Precision»

                                                          

                                                     Разработано в соответствии с программой             

                                                           курса «Линии связи». Предназначено для

                                                           студентов дневной и заочной формы

                                                           обучения направления

                                                           «Телекоммуникации» (5522200)

 

 

Рассмотрено на заседании кафедры и рекомендовано к внутривузовскому изданию.

Протокол №19 от 05.01.04г.

 

Составитель: и.о.доц. Васильев В.Н.,

 

Ответственный редактор:

проф. Арипов Х.К.

Редакционно-карректорная комиссия

Редактор: и.о.доц. Васильев В.Н.

Корректор: Халимова Р.С.