Основы рефлектометрии в оптическом диапазоне

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Для лучшего понимания методики рефлектометрических измерений необходимо обратиться к некоторым физическим явлениям, лежащим в основе распространения импульсного сигнала оптического диапазона в диэлектрическом волноводе.

Первое явление, являющееся основой радиолокации, было замечено Поповым А.С. еще в 1897 г. Проводя опыты с короткими электромагнитными волнами он обратил внимание на отражение радиоволн корпусом корабля. Первые работы в области радиолокации были начаты в 1932 г. под руководством Ю.А. Коровина. А через 7 лет сотрудниками Ю.Б. Кобзарева была построена первая в СССР радиолокационная установка.

Основным элементом радиолокационного устройства, которое в значительной степени определило ускоренное развитие этого направления, является электронно-лучевая трубка. С помощью электроннолучевой трубки появилась возможность наблюдать интенсивность направляемого на летящую цель локационного импульса и интенсивность отраженного от цели импульса.

Расстояние до цели определялось из условия знания скорости электромагнитного импульса (299.8 м/мкс) и времени распространения импульса туда и обратно. Точно такие же приборы, но меньшего размера, стали использовать для определения длины электрических кабелей (в том числе и кабелей связи). Практически, эти приборы были похожи на осциллографы, но имели в выходной части дифференциальную систему, выполняющую функцию подачи зондирующего импульса в электрическую цепь и приема эха (отраженного от неоднородностей импульса). Так как скорость электромагнитного процесса в оптическом диапазоне является функцией показателя преломления, то вместо коэффициента укорочения, используемого в рефлектометрах для электрических кабелей, используется обобщенный показатель преломления

n_об=nk,

где n— показатель преломления на длине волны λ = 1550 нм; k— коэффициент укрутки, показывающий, во сколько раз длина ОВ в кабеле больше 1 км (для типичных ВОК k= 1, 02).

Отметим важность точной установки этих коэффициентов. Ошибка в установке этих коэффициентов на 0, 1% при определении расстояния до места повреждения кабеля фактической длиной 50000 м дает ошибку в 50 м.

Практическое значение радиолокации очень велико. В настоящее время методы радиолокации используются во всех сферах деятельности человека. Но наиболее важным применением радиолокации является использование ее на транспорте. Самолет, имеющий радиолокационную установку с современными устройствами обработки информации, может автоматически выполнять посадку даже при отсутствии видимости и при наличии сильных помех. В 1946 г. с помощью радиолокации было непосредственно измерено расстояние от земли до луны, что подтвердило результаты астрономических наблюдений и помогло космическим кораблям совершить удачную посадку.

Второе явление, связанное с распространением света и его рассеянием в мутных средах (например, пыльный воздух), наблюдалось Тиндалем в 1869 г. Количественная теория этого явления была развита Рэлеем в 1883-1889 гг. Наблюдая рассеяние света в высокогорных районах, Рэлей пришел к заключению, что рассеяние света в воздухе на больших высотах вызывается не пылью, которая практически отсутствует на высоте, а самими молекулами воздуха. Такое рассеяние света называется рэлеевским или молекулярным рассеянием. Физическая природа молекулярного рассеяния была понята только в 1908 г. Молекулярное рассеяние вызывается тепловыми флуктуациями показателя преломления. Теория рассеяния света в жидкостях и газах была создана в 1910 г. Эйнштейном.

Два этих явления послужили основой понимания процессов распространения импульсов в оптическом диапазоне. В 1970 г. ученые изготовили оптическое волокно с высокой прозрачностью (примерно 20 дБ/км). Через 10 лет по мере совершенствования изготовления заготовок для вытяжки ОВ в лабораториях стали изготавливать заготовки с тангенсом угла потерь tgd 10. Доля рассеяния, вызванная примесями, вкраплениями посторонних частиц, микротрещинами и другими дефектами ОВ снижена настолько, что рассеяние света обусловлено практически только колебаниями молекул стекла. Практически сейчас на длине волны λ = 1550 нм достигнут физический предел километрического затухания 0, 15 дБ/км.

Третьим физическим явлением, послужило создание квантового генератора (полупроводниковый лазер). В 1973 г. Ж.И. Алферовым были разработаны и созданы полупроводниковые лазеры, работающие при комнатной температуре и имеющие большую выходную мощность импульсного сигнала.

Основным прибором при строительстве, монтаже, пуско-наладочных работах и при производстве аварийно-восстановительных работ является рефлектометр. 90% всех измерений выполняется именно этим прибором, который является прецизионным и дорогим. Эффективность его эксплуатации, особенно при проведении аварийно-восстановительных работ, требует от специалистов высокой квалификации. Ниже рассмотрены методика измерений, основные технические параметры рефлектометров (OTDR).

Для обеспечения эффективной работы ВОСП очень важным является быстрое установление и, естественно, устранение обрывов волокна, особенно в системах с высокой информационной емкостью, так как обрывы волокна могут привести к закрытию большого количества каналов. Не менее важным является и вопрос определения ослабления ОК, а также потерь, вносимых коннекторами и другими компонентами ВОЛС при монтаже новых систем передачи.

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒