Измерение диаметра модового пятна и длины отсечки в одномодовом волокне

Измерение числовой апертуры волокна.

Числовая апертура измеряется методом дальнего поля, т.е. по изображению излучения, выходящего из волокна, на экране d. Измеряя диаметр светового пятна на экране и расстояние от торца волокна до экрана l, величину числовой апертуры можно вычислить по формуле:

NA = (n_c² – n_o²)^1/2 =Sinq» 2 tg (d/2l) = d_п/l (4.4),

где n_c и n₀ – показатели преломления сердцевины и оболочки соответственно, q - телесный угол, в пределах которого лучи распространяются по волокну без вытекания, d_п – диаметр светового пятна на экран, l – расстояние от торца волокна до экрана.

Диаметр модового пятна (w) является одной из важнейших характеристик одномодовых ОВ, поскольку определяет согласование волокон между собой, величины изгибных и микроизгибных потерь и т.д. Диаметр модового пятна отличается от диаметра сердцевины в ОВ, причем это отличие увеличивается с уменьшением величины нормализованной частоты, и для одномодовых световодов со ступенчатым профилем ПП записывается согласно формуле. На рис. 4.7 приведена спектральная зависимость диаметра модового пятна для одного из образцов ОВ. Видно, что с ростом длины волны (соответственно, с уменьшением V) диаметр модового пятна также растет, а наименьшее его значение находится вблизи длины волны отсечки высшей моды (λ_с). Существует несколько методов измерения диаметра модового пятна, остановимся на 2-х из них, рекомендованных Международным стандартом.

Метод поперечного сдвига заключается в том, что свет вводят в состыкованных

Рис. 4.8. Угловое распределение интенсивности света, выходящего из волокна (дальнее поле)

между собой волокна, а затем торец второго волокна начинают перемещать относительно выходного торца первого волокна, (т.е. его сканировать), снимая при этом показания интенсивности света на выходе второго волокна. Диаметр модового пятна определяют по уровню 1/е²»0,135 радиального распределения интенсивности света, как это видно на рис. 4.8. Второй метод, принятый американским бюро стандартов TIA, основан на диафрагмировании картины дальнего поля таким образом, чтобы интегральная интенсивность света в диафрагмированной области составляла 1-0,135 = 0,865 от общей интенсивности света на картине дальнего поля. Диаметр модового пятна рассчитывают используя отношение диаметров отверстий диафрагмы, позволяющей получать оба эти случая.

Условие одномодового излучения в ОВ получается из следующего соотношения рабочей длины волны (l) с длиной волны отсечки (l_с) LP₁₁-моды: l>l_с. Значение l_с определяется критическим значением нормализованной частоты (V_c £ 2,405), а, следовательно, видом профиля ПП волокна.

Теоретически строго рассчитать величину l_с можно только для ОВ со ступенчатым профилем ПП, поэтому эффективную длину волны отсечки для

одномдового ОВ с любым профилем ПП обычно определяют экспериментально. В предыдущем разделе было показано, что величину l_с можно определить методом поперечного сдвига. Однако более распространен метод изгиба, который основан на сравнении спектральных зависимостей пропускания света в одномодовых ОВ с изгибом – Р(l) и без него – Р₀(l). При измерениях принято брать образец волокна длиной ~ 2 м и изгиб делать радиусом около 20 мм. За величину l_с в методе изгиба принимают длину волны, на которой имеет место увеличение относительного пропускания Р₀-Р на 0,1 дБ по сравнению с плоским участком (рис. 4.9).

4.5. Измерение дисперсии в оптическом волокне.

Межмодовая дисперсия присуща многомодовому волокну и обусловлена тем, что все моды распространяются по различным траекториям. то приводит к тому, что огибающие модулированного светового сигнала различных мод по мере распространения сигнала все больше и больше отличаются по фазе. Межмодовая дисперсия обычно ограничивает расстояние передачи по многомодовому ОВ до 1÷1,5 км, обеспечивая битовую скорость до 1 Гб/с. При измерениях межмодовая дисперсия обычно определяется наименьшим значением частоты, при которой амплитудно-частотная характеристика спадает на 3 дБ (т.е. в 2 раза). В общем случае измерение межмодовой дисперсии сводится к измерению полосы частот многомодового волокна на различных длинах волн. Схема измерения межмодовой дисперсии многомодового волокна импульсным методом приведена на рис. 4.10.

В процессе измерения в тестируемом волокне возбуждается импульс излучения заданной длительности, а выходной импульс преобразуется в цифровую форму, включая передний и задний фронт, начиная с 0,01 уровня амплитудного значения. Затем таким же образом измеряется входной импульс, здесь используется короткий кусок (в несколько метров) тестируемого или эталонного волокна. Функция преобразования тестируемого волокна в этом случае имеет вид

H(f) = B(f) / A(f), (4.5)

где B(f) и A(f) – преобразования Фурье входного и выходного импульсов, соответственно. Полоса частот волокна определяется как самая низкая частота, для которой |H(f)|=0,5. Для повторяемости результатов и возбуждения большого количества мод на входе устанавливается устройство скремблирования.

Для примера на рис. 4.11 приведены амплитудно-частотные характеристики ОВ со ступенчатым (1) и градиентным (2) профилями показателя преломления. Видно, что в первом случае полоса пропускания по уровню -3 дБ (0,5 высоты амплитуды) составляет ~ 65 МГц, а во втором ~ 500 МГц.

Дата добавления: 2014-01-20