Оптический бриллюэновский рефлектометр

Полезная модель относится к оптическим рефлектометрам, позволяющим осуществлять измерение степени натяжения оптического волокна (ОВ) с определением местоположения участков линии, находящихся под механическим напряжением. Оптический рефлектометр может быть использован при прокладке, эксплуатации и техническом обслуживании волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Лазер (1) подключен к оптическому разветвителю (2), который делит излучение на две части. Первая часть, проходя через формирователь импульсов (3) и циркулятор (10), посредством оптического соединителя (11) вводится в оптическое волокно. Вторая часть, проходя через циркулятор (4), подается на эталонный отрезок оптического волокна (5), к выходу которого для предотвращения появления отраженной волны подключен терминатор (6). Излучение обратного рассеяния, возникающее в эталонном отрезке оптического волокна (5), возвращаясь через циркулятор (4), проходя через оптический фильтр (7) и оптический усилитель (8), поступает на вход оптического разветвителя (9). Излучение обратного рассеяния, возникающее в тестируемом волокне, через циркулятор (10) поступает на коммутатор (12), который поочередно подключается к одному из выходов. Излучение с первого выхода коммутатора (12) смешивается в оптическом разветвителе (9) с излучением, поступившим с выхода оптического усилителя (8), и затем регистрируется фотоприемником (14). Излучение со второго выхода коммутатора (12), проходя через оптический фильтр (13), регистрируется дополнительным фотоприемником (16). Сигналы с выходов фотоприемников (14, 16) поступают на вход микропроцессора (15). 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 (ОВ) (оптическим рефлектометрам), позволяющим осуществлять измерение степени натяжения ОВ с определением местоположения участков линии, находящейся под механическим напряжением, и может быть использована при прокладке, эксплуатации и техническом обслуживании волоконно-оптических линий связи (ВОЛС).

Известно устройство оптический бриллюэновский 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 посредством оптического соединителя подключен к тестируемому ОВ, выход оптического соединителя подключен к фотоприемнику, выход которого подключен к микропроцессору.

Недостатком устройства является наличие дорогостоящих блоков.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является ОБР [Патент RU 127926, МПК G01N 21/27], 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 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.

Недостатком устройства является необходимость точной настройки разности частот двухчастотного лазера и точного подбора параметров блоков, а также значительное время, требуемое на проведение измерений и вывод результатов.

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

Указанный технический результат достигается тем, что оптический бриллюэновский рефлектометр (ОБР), содержащий лазерный источник излучения, два оптических разветвителя, формирователь импульсов, циркулятор, оптический соединитель, коммутатор, фотоприемник, оптический фильтр, дополнительный фотоприемник, микропроцессор, причем лазерный источник излучения соединен со входом первого оптического разветвителя, формирователь импульсов - со входом циркулятора, соединенного с тестируемым оптоволокном, выход циркулятора - со входом коммутатора, первый выход коммутатора соединен с первым входом второго оптического разветвителя, выход которого соединен с фотоприемником, второй выход коммутатора соединен через второй оптический фильтр с дополнительным фотоприемником, а выходы фотоприемников соединены с микропроцессором, согласно заявляемому техническому решению, рефлектометр содержит дополнительный циркулятор, эталонный отрезок оптического волокна, терминатор, дополнительный оптический фильтр, оптический усилитель, причем первый выход первого оптического разветвителя соединен напрямую со входом формирователя импульсов, второй выход первого оптического разветвителя соединен с дополнительным циркулятором, первый выход дополнительного циркулятора соединен с эталонным отрезком оптического волокна, выход которого подключен к терминатору, второй выход дополнительного циркулятора соединен с дополнительным оптическим фильтром, выход дополнительного оптического фильтра соединен с оптическим усилителем, выход оптического усилителя соединен со вторым входом второго оптического разветвителя.

На Фиг. 1 представлена схема ОБР.

ОБР содержит лазерный источник излучения (Л) 1, соединенный с оптическим разветвителем (ОР₁) 2, выходы которого подключены ко входу формирователя импульсов (ФИ) 3 и циркулятора (Ц ₁) 4, первый выход циркулятора (Ц₁) 4 соединен с эталонным отрезком ОВ (ЭВ) 5, выход которого подключен к терминатору (Т) 6, второй выход циркулятора (Ц₁) 4 соединен с оптическим фильтром (ОФ) 7, выход которого подключен к оптическому усилителю (ОУ) 8, выход которого подключен к оптическому разветвителю (ОР₂) 9, выход формирователя импульсов (ФИ) 3 соединен со входом циркулятора (Ц₂) 10, первый выход циркулятора (Ц₂) 10 подключен к оптическому соединителю (ОС) 11, второй выход циркулятора (Ц₂) 6 соединен с коммутатором (К) 12, первый выход которого подключен к оптическому разветвителю (ОР₂) 8, второй выход соединен с оптическим фильтром (ОФ₂) 13, фотоприемник (Ф) 14, включенный между выходом оптического разветвителя (ОР₂) 7 и первым входом микропроцессора (М) 15, дополнительный фотоприемник (ДФ) 16, включенный между выходом оптического фильтра (ОФ₂) 13 и вторым входом микропроцессора (М) 15.

ОБР работает следующим образом. Излучение лазера (Л) 1 делится оптическим разветвителем (ОР₁) 2 на две части. Первая часть излучения проходя через формирователь импульсов (ФИ) 3, циркулятор (Ц₂ ) 10 вводится в ОВ через оптический соединитель (ОС) 11. Вторая часть излучения подается на вход циркулятора (Ц₁) 4, а затем через один из его выходов поступает на вход эталонного отрезка ОВ (ЭВ) 5. Терминатор (Т) 6 включен в схему для предотвращения появления волны, отразившейся от торца ОВ.

Падающее излучение приводит к появлению в эталонном отрезке ОВ обратного рассеяния, которое, в том числе, содержит бриллюэновское рассеяние, которое распространяется в противоположном направлении и возвращается на вход циркулятора (Ц₁) 4. Далее волна обратного рассеяния через второй выход циркулятора (Ц₁) 4, проходя через оптический фильтр (ОФ₁) 7, пропускающий только бриллюэновское рассеяние, поступает на вход оптического усилителя (ОУ) 8 и затем подается на вход оптического разветвителя (ОР ₂) 9.

Излучение обратного рассеяния от нерегулярностей тестируемого ОВ, подключенного к выходу оптического соединителя (ОС) 11, возвращается к циркулятору (Ц₂) 10 и далее поступает на коммутатор (К) 12. Коммутатор (К) 12 поочередно направляет излучение к одному из двух выходов. Излучение, поступившее с первого выхода коммутатора (К) 12, поступает на оптический разветвитель (ОР₂) 9 и суммируется с излучением, поступившим с выхода усилителя (ОУ) 8. Излучение, поступившее со второго выхода коммутатора (К) 12, подается на оптический фильтр (ОФ ₂) 13, полоса пропускания которого выбрана таким образом, чтобы пропускать спектр бриллюэновскго рассеяния независимо от степени натяжения ОВ.

Фотоприемники (Ф) 14 и (ДФ) 16 регистрируют приходящее на их входы излучение и сигнал с их выходов поступает на микропроцессор (М) 15 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) 13, 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) 12 и дополнительный фотоприемник (ДФ) 15, которые позволяют измерить полную мощность бриллюэновского рассеяния. Величина смещения спектра бриллюэновского рассеяния, а значит, и степени натяжения ОВ, определяется по измеренному уровню относительной мощности.

Эталонный отрезок ОВ (ЭВ) 5 представляет собой ОВ с такими же свойствами, как и тестируемое (желательно, ОВ той же марки), которое не подвержено механическим натяжениям.

Назначение блоков 4-8 состоит в том, чтобы на выходе оптического усилителя (ОУ) 8 получать сигнал с частотой, равной частоте бриллюэновского рассеяния при отсутствии механического натяжения ОВ, и использовать этот сигнал в дальнейшем при когерентном приеме.

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; _A - скорость акустической волны; - длина волны падающего света.

От натяжения ОВ зависит величина скорости звука _А 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 E - модуль Юнга; - плотность кварцевого стекла.

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

Таким образом, в результате введения новых связей и элементов рефлектометра сокращается время измерений при сохранении характеристик прибора, при этом не требуется применение двухчастотного лазера и поляризационных фильтров.

Оптический бриллюэновский рефлектометр, содержащий лазерный источник излучения, два оптических разветвителя, формирователь импульсов, циркулятор, оптический соединитель, коммутатор, фотоприёмник, оптический фильтр, дополнительный фотоприёмник, микропроцессор, причем лазерный источник излучения соединен со входом первого оптического разветвителя, формирователь импульсов - со входом циркулятора, соединенного с тестируемым оптоволокном, выход циркулятора - со входом коммутатора, первый выход коммутатора соединен с первым входом второго оптического разветвителя, выход которого соединен с фотоприемником, второй выход коммутатора соединен через второй оптический фильтр с дополнительным фотоприемником, а выходы фотоприемников соединены с микропроцессором, отличающийся тем, что рефлектометр содержит дополнительный циркулятор, эталонный отрезок оптического волокна, терминатор, дополнительный оптический фильтр, оптический усилитель, причём первый выход первого оптического разветвителя соединён напрямую со входом формирователя импульсов, второй выход первого оптического разветвителя соединён с дополнительным циркулятором, первый выход дополнительного циркулятора соединён с эталонным отрезком оптического волокна, выход которого подключен к терминатору, второй выход дополнительного циркулятора соединён с дополнительным оптическим фильтром, выход дополнительного оптического фильтра соединён с оптическим усилителем, выход оптического усилителя соединён со вторым входом второго оптического разветвителя.