Вимірювання у ВОСП (стр. 2 из 2)
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.
Оптичне випромінювання надходить на торець ОВ, приймається об`єктивом відеокамери на другому кінці та відображається на моніторі у вигляді плями. Інтенсивність свічення кожної точки пропорційна потужності випромінювання в ближній зоні вихідного торця світловода. На екрані осцилографа спостерігається зміна інтенсивності свічення уздовж будь-якого вибраного рядка.
Рисунок 6 – Структурна схема вимірювання профілю показника заломлення засобами відеодіагностики
6. Вимірювання загасання ОВ та втрат на зростках
Принцип вимірювання коефіцієнта загасання за характеристикою зворотного розсіювання ОВ полягає в наступному. На лінійній монотонній дільниці характеристики будівельної довжини ОВ виділяють дві точки, в яких вимірюють потужності зворотнорозсіяного потоку (рис. 6). Загасання дільниці визначається як різниця рівнів (Р1– Р2 ), коефіцієнт загасання визначається згідно з (5).
Більшість рефлектометрів передбачає режим вимірювання загасання, при якому оператор на рефлектограмі розміщує два маркери. Подальші операції виконуються автоматично, на пристрій відображення виводиться значення коефіцієнта загасання.
В місці з`єднання ОВ виникають зміни модового складу оптичного випромінювання, що веде до спотворення рефлектограми в деякій зоні поблизу місця з`єднання. Протяжність цієї зони сягає 100-200 м, тому оцінка загасання стика, що одержується безпосередньо як різниця рівнів оптичної потужності зворотного розсіювання до та після стика, має велику похибку, що може сягати 100% та більше.
Засіб вимірювання загасання на стиках ОВ, що застосовується у більшості рефлектометрів, полягає у наступному. Дільниці характеристики зворотного розсіювання в ОВ у будівельних довжинах до та після стика апроксимуються відомою залежністю (найчастіше лінійною). Потім шляхом екстраполяції вперед (характеристика до стика) та назад (характеристика після стика) оцінюються рівні оптичної потужності зворотнорозсіяного потоку в кінці першої (Р1) та на початку другої (Р2) будівельних довжин ОВ, що з`єднуються, тобто на місці стика.
Загасання стика оцінюється як різниця
.Більшість рефлектометрів виконують це вимірювання в автоматичному режимі. Найчастіше застосовується засіб п`яти точок, що реалізований у рефлектометрах фірм «Anristu», «Wavetek» та ін. Оператор в режимі «Вимірювання загасання на стиках ОВ» розміщує п`ять маркерів (рис. 7): два (1, 2) на монотонно спадаючій характеристиці однієї будівельної довжини, два (4, 5) – на монотонно спадаючій характеристиці наступної будівельної довжини та один маркер (3) в місці стика.
Важливо, щоб маркери 1, 2 та 4, 5 не були встановлені на викидах та провалах характеристики. В режимі лінійної апроксимації через точки 1, 2 та 4, 5 начебто проводяться прямі лінії. Відстань уздовж осі ординат між цими прямими DР в точці встановлення маркера 3 пропорційна значенню втрат в місці стика. Весь процес вимірювання після встановлення маркерів автоматизовано, результат вимірювань виводиться на пристрій відображення.
Як відзначено вище, вигляд дільниці характеристики зворотного розсіювання в місці нероз`ємного з`єднання ОВ визначається втратами енергії та френелівським відбиттям в місці з`єднання ОВ з різними показниками заломлення серцевин. Відбиття значно більше впливають на рівень потоку зворотного розсіювання, ніж прямого потоку. Фактично при вимірюванні загасання стика за характеристикою зворотного розсіювання вони вносять систематичну похибку. При вимірюваннях з протилежних кінців лінії ця похибка входить в одержані оцінки з різними знаками. Тому з метою виключення цієї похибки загасання в зростку вимірюється з протилежних кінців лінії, кінцевий результат дорівнює середньоарифметичному значенню результатів вимірювань з урахуванням їх знака. Згідно з рис. 7 маємо:
- загасання стика при вимірювання з кінця А дорівнює
;- загасання стика при вимірюванні з кінця Б дорівнює
;- загасання, що вноситься нероз`ємним з`єднанням, дорівнює
.Сучасні пристрої для зварювання оптичних волокон забезпечують досить низькі втрати. Так, наприклад, вітчизняний пристрій «Сова-20», забезпечує втрати у зварному з`єднанні, що не перевищують 0,08 дБ для багатомодових ОВ та 0,03дБ для одномодових ОВ. Апарат FSM-305 фірми «Fujikura» забезпечує втрати у зварному з`єднанні, що не перевищують 0,02 дБ для багатомодових ОВ, та 0,01 дБ для одномодових ОВ.
Вимірювання відстані до місця неоднорідності виконується безпосередньо за допомогою рефлектограми шляхом вибору режиму вимірювань та встановлення маркера у відповідному місці рефлектограми, результат вимірювань виводиться на пристрій відображення.