XVI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2024

Оптоволокно широко используется в современных телекоммуникационных системах и сетях передачи данных, где высокая пропускная способность и надежность соединений играют решающую роль. Однако, при эксплуатации оптоволоконной инфраструктуры, возникают различные проблемы, включая повышенную поляризационную модовую диспресию (ПМД). ПМД является явлением, при котором различные моды света распространяются через оптоволокно с различной скоростью, что может привести к искажению сигналов и потере данных.

Определение участков оптоволокна с повышенной поляризационной модовой дисперсией является ключевым этапом для обеспечения надежной работы оптоволоконных систем. В данной статье мы рассмотрим несколько методов определения таких участков:

1. Метод отраженного измерения времени (OTDR):OTDR — это техника, основанная на измерении времени, за которое отраженный свет проходит через оптоволокно и возвращается обратно к источнику. Анализ изменения временных задержек позволяет определить участки оптоволокна с повышенной поляризационной модовой дисперсией.

Рис. 1. В OTDR приходят импульсы света рассеянные назад в моду волокна

Доля мощности света, рассеиваемая назад в моду волокна крайне мала. Например, при ширине импульса 1м (длительность импульса 10 нс) коэффициент обратного релеевского рассеяния составляет величину около –70 дБ. Поэтому, в OTDR в волокно посылаются импульсы большой мощности и большой длительности, а для детектирования рассеянных назад импульсов света применяются высокочувствительные фотоприемники.

В большинстве моделей OTDR используется модульная конструкция (рис. 2). Она содержит базовый модуль и несколько сменных оптических модулей. Базовый модуль представляет собой персональный компьютер, приспособленный для обработки сигнала и вывода его на дисплей. Оптический модуль включает в себя лазерный диод, фотоприемник, оптический ответвитель и оптический разъем. Стоимость оптического модуля зависит от величины его динамического диапазона и может в несколько раз превышать стоимость базового модуля. Модульная конструкция OTDR позволяет потребителю не только выбрать необходимую ему на данный момент конфигурацию прибора, но и в дальнейшем модернизировать прибор, например, установив, многомодовый модуль или одномодовый модуль с большим динамическим диапазоном.

Рис. 2. Блок схема OTDR

2. Полевая отладка: представляет собой метод изучения участков оптоволокна с повышенной поляризационной модовой дисперсией, который широко применяется в сфере оптоволоконных коммуникаций. Данный метод предполагает проведение измерений и тестирование оптоволоконной инфраструктуры на месте установки, в реальных условиях эксплуатации.

Основная цель полевой раскладки заключается в обнаружении и идентификации участков оптоволокна, где возможно наблюдается повышенная поляризационная модовая дисперсия (ПМД). ПМД возникает из-за неравномерности внутренней структуры оптоволокна, что приводит к различным скоростям распространения света для различных поляризационных мод. Это, в свою очередь, может приводить к искажению сигналов и снижению производительности оптоволоконной системы.

При использовании метода полевой раскладки, специалисты работают непосредственно на месте эксплуатации оптоволоконной инфраструктуры, где проводятся различные измерения с целью выявления участков с повышенной ПМД. С помощью специализированных устройств и оборудования, таких как оптические спектроанализаторы (рис.3.), временные доменные рефлектометры (рис.4.) и другие, производятся тесты и анализ сигналов, что позволяет идентифицировать участки с повышенной ПМД.

Рис.3. Оптический спектр анализатор Рис.4. Временный рефлектометр

Одной из важных преимуществ полевой раскладки является возможность обнаружить и решить проблемы с ПМД непосредственно на месте, что помогает оперативно минимизировать потенциальные отказы в работе оптоволоконной системы. Кроме того, этот метод позволяет провести точную локализацию участков с повышенной ПМД, что важно для последующей отладки и устранения проблем.

Таким образом, метод полевой раскладки представляет собой важный инструмент изучения участков оптоволокна с повышенной поляризационной модовой дисперсией, который обеспечивает оперативное выявление и устранение проблем с ПМД, способствуя более эффективной работе оптоволоконной инфраструктуры.

3. Анализ поляризационной модовой дисперсии: Этот метод включает себя пропускание света через оптоволокно под различными углами поляризации, с последующим измерением изменения времени задержки для каждой поляризации. Это позволяет эффективно определить участки оптоволокна с повышенной поляризационной модовой дисперсией.

Ниже представлена общая схема для анализа поляризационной модовой дисперсии:

1. Генерация светового сигнала: сначала необходимо сгенерировать световой сигнал, который будет использоваться для анализа ПМД. Это может быть осуществлено с помощью оптического источника света, такого как лазерный диод или оптический генератор импульсов.

2. Передача сигнала через оптоволокно: сгенерированный световой сигнал направляется через оптоволокно, которое подлежит анализу. Важно, чтобы в процессе передачи сигнала через оптоволокно сохранялась его поляризация.

3. Изменение поляризации: перед анализом ПМД проводятся изменения поляризации светового сигнала. Это может быть достигнуто с использованием устройств для вращения плоскости поляризации или других методов, направленных на изменение угла и ориентации поляризации света.

4. Измерение временной задержки: после изменения поляризации светового сигнала проводится его передача через оптоволокно, а затем измерение временной задержки между различными поляризованными компонентами света. Это измерение может быть выполнено с использованием временных доменных рефлектометров (OTDR) или других специализированных устройств.

5. Анализ данных: полученные данные о временных задержках между компонентами света с различными поляризациями используются для анализа параметров поляризационной модовой дисперсии, таких как её величина и характеристики на конкретных участках оптоволокна.

Обработка результатов измерений и анализ данных обычно представляет собой сложный процесс, требующий специальных знаний в области оптики и оптоволоконных технологий. Важно также учитывать возможные искажения и помехи, которые могут возникнуть в процессе измерений поляризационной модовой дисперсии.

Это общая схема процесса анализа поляризационной модовой дисперсии, который может быть применен для оценки и изучения данного явления в оптоволоконных системах.

В заключение, понимание и определение участков оптоволокна с повышенной поляризационной модовой дисперсией является важным аспектом для обеспечения высокой производительности и надежности оптоволоконных систем. Использование перечисленных методов позволяет оперативно выявлять и устранять проблемы с поляризационной модовой дисперсией, обеспечивая эффективную работу оптоволоконной инфраструктуры.

Список литературы

1. https://siblec.ru/telekommunikatsii/opticheskie-linii-svyazi-i-passivnye-komponenty-vosp/5-dispersiya-i-metody-ee-izmereniya

2. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований). М.: Книга по Требованию, 2012. 352

3. Hartog A.H., Payne D.N., Conduit A.J. Polarization optical–time– domain reflectometry: experimental results and application to loss and birefringence measurements in single–mode optical fibres // 6th European conference and Exhibition on Optical Communication (ECOC). – York, UK, IEE. – 1980.

4. Rogers A.J. Polarization–optical time domain reflectometry: a technique for the measurement of field distributions // Applied Optics. – 1981. – Vol. 20, iss. 6. – Р. 1060–1074.

5. Rogers A.J. Polarization optical time-domain reflectometry // Electron. Lett. – 1980. – Vol. 16, № 13. – Р. 489–490.

Код для цитирования: Скопировать