Оптический бриллюэновский рефлектометр

Полезная модель относится к оптическим рефлектометрам, позволяющим осуществлять измерение степени натяжения оптического волокна с определением местоположения участков линии, находящихся под механическим напряжением Оптический рефлектометр может быть использован при прокладке и эксплуатации волоконно-оптических линий связи. Двухчастотный лазер (1) подключен к оптическому разветвителю (2), который делит излучение на две части. Первая часть, проходя через формирователь импульсов (5) и циркулятор (6), посредством оптического соединителя (8) вводится в оптическое волокно. Вторая часть, проходя через поляризационный фильтр (4), подается на оптический разветвитель (7). Излучение обратного рассеяния через циркулятор (6) поступает на коммутатор (9), который поочередно подключается к одному из выходов. Излучение с первого выхода коммутатора (9) смешивается с излучением, поступившим с выхода поляризационного фильтра (4), и затем регистрируется фотоприемником (11). Излучение со второго выхода коммутатора (9), проходя через оптический фильтр (10), регистрируется дополнительным фотоприемником (13). Сигналы с выходов фотоприемников (11, 13) поступают на вход микропроцессора (12). Преимуществами полезной модели является сокращение времени измерений по сравнению с аналогами и меньшая стоимость за счет исключения дорогостоящих блоков. 1 илл.

Полезная модель относится к области измерительной техники, а в частности, к оптико-электронным устройствам для измерения и контроля параметров оптических волокон (оптическим рефлектометрам), позволяющим осуществлять измерение степени натяжения оптического волокна (ОВ) с определением местоположения участков линии, находящейся под механическим напряжением, и может быть использована при прокладке и эксплуатации волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Известно устройство [Патент RU 2444001, МПК G01N 21/63], содержащее импульсный лазер, связанный с чувствительным элементом в виде первого отрезка ОВ через первое средство для организации приема обратнорассеянного излучения, второе средство для организации приема обратнорассеянного излучения и фотоприемник, связанный с блоком обработки информации, отличающийся тем, что он снабжен вторым отрезком ОВ, непрерывным лазером и блоком управления частотой лазеров, при этом второй отрезок ОВ связан с выходом первого средства для организации приема обратнорассеянного излучения, второе средство для организации приема обратнорассеянного излучения выполнено с возможностью организации подачи излучения непрерывного лазера во второй отрезок ОВ в направлении, противоположном направлению распространения рассеянного в чувствительном элементе излучения, фотоприемник входом соединен с выходом второго средства для организации приема обратнорассеянного излучения, а блок управления частотой лазеров связан с блоком обработки информации и выполнен с возможностью стабилизации частоты одного из лазеров и изменения частоты другого лазера.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является оптический бриллюэновскйй рефлектометр (ОБР) AQ8602 / Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. - М.: ЛЕСАРарт, 2005 (стр.101) /, содержащий лазерный источник излучения, первый выход которого соединен с акустооптическим модулятором, а второй выход соединен с фотоприемником, выход акустооптического модулятора соединен с формирователем импульсов, выход которого соединен с фарадеевским вращателем, выход фарадеевского вращателя соединен с оптическим эрбиевым усилителем, выход которого посредство оптического соединителя подключен к тестируемому волокну, выход оптического соединителя подключен к фотоприемнику, выход которого подключен к микропроцессору.

Однако известные рефлектометры, благодаря своей конструкции, дорогостоящи в изготовлении и требуют большого времени проведения измерений.

Техническим результатом полезной модели является создание более совершенной конструкции, позволяющей сократить время измерений при сохранении характеристик.

Указанный технический результат достигается тем, что ОБР, содержащий лазерный источник излучения, формирователь импульсов, оптический соединитель, фотоприемник, выход которого соединен с входом микропроцессора, согласно заявленному техническому решению, содержит два оптических разветвителя, два поляризационных фильтра, циркулятор, коммутатор, оптический фильтр, дополнительный фотоприемник, причем выход лазерного источника излучения соединен с входом первого оптического разветвителя, первый выход первого оптического разветвителя соединен со входом первого поляризационного фильтра, второй выход первого оптического разветвителя соединен со входом второго поляризационного фильтра, выход первого поляризационного фильтра соединен с входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен с входом циркулятора, первый выход циркулятора соединен с оптическим соединителем, второй выход циркулятора соединен с входом коммутатора, первый выход коммутатора соединен с первым входом второго оптического разветвителя, второй вход второго оптического разветвителя соединен с выходом второго поляризационного фильтра, выход второго оптического разветвителя соединен с входом фотоприемника, второй выход коммутатора соединен с входом оптического фильтра, выход оптического фильтра соединен с входом дополнительного фотоприемника, выход которого соединен со вторым входом микропроцессора, кроме того, лазерный источник излучения выполнен двухчастотным с взаимноортогональной поляризацией излучений.

На Фиг.1 представлена схема ОБР.

ОБР содержит двухчастотный лазер с взаимноортогональной поляризацией излучений (ДЛ) 1, оптический разветвитель (OP ₁) 2, выходы которого подключены к входам поляризационных фильтров (ПФ₁) 3 и (ПФ₂) 4, выход поляризационного фильтра (ПФ₁) 3 подключен к формирователю импульсов (ФРГ) 5, выход которого подключен к циркулятору (Ц) 6, выход поляризационного фильтра (ПФ₂) 4 подключен к оптическому разветвителю (ОР₂) 7, первый выход циркулятора (Ц) 6 подключен к оптическому соединителю (ОС) 8, второй выход циркулятора (Ц) 6 соединен с коммутатором (К) 9, первый выход которого подключен к оптическому разветвителю (ОР₂) 7, второй выход соединен с оптическим фильтром (ОФ) 10, фотоприемник (Ф) 11, включенный между выходом оптического разветвителя (ОР₂) 7 и первым входом микропроцессора (М) 12, дополнительный фотоприемник (ДФ) 13, включенный между выходом оптического фильтра (ОФ) 10 и вторым входом микропроцессора (М) 12.

ОБР работает следующим образом. Лазер (ДЛ) 1 излучает на двух различных частотах f ₁ и f₂, причем эти излучения имеют взаимноортогональную поляризацию. Оптический разветвитель (OP₁) 2 делит это излучение на две части. Первая часть излучения проходит через поляризационный фильтр (ПФ₁) 3, который пропускает только одну спектральную составляющую f₁ и затем, проходя через формирователь импульсов (ФИ) 5, циркулятор (Ц) 6 вводится в ОВ через оптический соединитель (ОС) 8. Вторая часть излучения проходит через поляризационный фильтр (ПФ₂ ) 4, пропускающий излучение на второй частоте лазера f₂ , и затем подается на вход оптического разветвителя (ОР₂ ) 7. Излучение обратного рассеяния от нерегулярностей ОВ возвращается к циркулятору (Ц) 6 и далее поступает на коммутатор (К) 9.

Коммутатор (К) 9 поочередно направляет излучение к одному из двух выходов. Излучение, поступившее с первого выхода коммутатора (К) 9, поступает на оптический разветвитель (ОР ₂) 7 и суммируется с излучением, поступившим с выхода (ПФ ₂) 4. Излучение, поступившее со второго выхода коммутатора (К) 9, подается на оптический фильтр (ОФ) 10, полоса пропускания которого выбрана таким образом, чтобы пропускать спектр бриллюэновскго рассеяния независимо от степени натяжения волокна.

Фотоприемники (Ф) 11 и (ДФ) 13 регистрируют приходящее на их входы излучение и сигнал с их выходов поступает на микропроцессор (М) 12 для получения рефлектограмм.

Так как при натяжении ОВ происходит смещение спектра бриллюэновского рассеяния, профиль которого подчиняется распределению Лоренца, то сигнал, поступающий с выхода фотоприемника (Ф) 11, пропорциональный мощности бриллюэновского рассеяния на частоте, равной частоте бриллюэновского сдвига при отсутствии механических напряжений, в таком случае будет иметь меньшую мощность. Однако так как снижение мощности может быть вызвано многими факторами, введены оптический фильтр (ОФ) 10 и дополнительный фотоприемник (ДФ) 13, которые позволяют измерить полную мощность бриллюэновского рассеяния. Величина смещения спектра бриллюэновского рассеяния, а значит, и степени натяжения ОВ, определяется по измеренному уровню относительной мощности.

Разность частот, генерируемых двухчастотным лазером (ДЛ) 1, должна быть равна бриллюэновскому смещению частоты при отсутствии механического натяжения ОВ.

Коммутатор введен в схему в целях расширения динамического диапазона ОБР.

Степень натяжения ОВ связана с бриллюэновским частотным сдвигом следующими соотношениями / Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. - М.: ЛЕСАРарт, 2005. (стр.97) /:

где f_B - бриллюэновский частотный сдвиг;

n - коэффициент преломления ОВ;

v_A - скорость акустической волны;

- длина волны падающего света.

От натяжения волокна зависит величина скорости звука v_A и показатель преломления n. В свою очередь, скорость звука можно вычислить по формуле / Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. - М.: ЛЕСАРарт, 2005. - 208 с.(стр.97) /:

где Е - модуль Юнга;

- плотность кварцевого стекла.

Изменение модуля Юнга можно считать пропорциональным изменению относительной длины ОВ, так как вклад изменения показателя преломления незначительный.

Оптический бриллюэновский рефлектометр, содержащий лазерный источник излучения, формирователь импульсов, оптический соединитель, фотоприемник, выход которого соединен с входом микропроцессора, отличающийся тем, что рефлектометр содержит два оптических разветвителя, два поляризационных фильтра, циркулятор, коммутатор, оптический фильтр, дополнительный фотоприемник, причем выход лазерного источника излучения соединен с входом первого оптического разветвителя, первый выход первого оптического разветвителя соединен с входом первого поляризационного фильтра, второй выход первого оптического разветвителя соединен с входом второго поляризационного фильтра, выход первого поляризационного фильтра соединен с входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов соединен с входом циркулятора, первый выход циркулятора соединен с оптическим соединителем, второй выход циркулятора соединен с входом коммутатора, первый выход коммутатора соединен с первым входом второго оптического разветвителя, второй вход второго оптического разветвителя соединен с выходом второго поляризационного фильтра, выход второго оптического разветвителя соединен с входом фотоприемника, второй выход коммутатора соединен с входом оптического фильтра, выход оптического фильтра соединен с входом дополнительного фотоприемника, выход которого соединен со вторым входом микропроцессора, кроме того, лазерный источник излучения выполнен двухчастотным с взаимно ортогональной поляризаций излучений.