Оптический бриллюэновский рефлектометр

Полезная модель относится к оптическим бриллюэновским рефлектометрам (ОБР), позволяющим осуществлять измерение степени натяжения оптического волокна (ОВ) с определением местоположения участков линии, находящихся под механическим напряжением. ОБР может быть использован при прокладке, эксплуатации и техническом обслуживании волоконно-оптических линий связи. Излучение лазера (1) проходит через формирователь импульсов (2) и делится оптическим разветвителем (ОР) (3) на две части. Первая часть излучения подается на вход циркулятора (Ц) (4), а затем через один из его выходов поступает на вход эталонного отрезка ОВ (ЭВ) (6) с терминатором (7) на конце ОВ. Падающее излучение приводит к появлению в ЭВ обратного рассеяния, которое через второй выход Ц (4), проходя через оптический фильтр (ОФ) (8), пропускающий спектр бриллюэновского рассеяния при отсутствии натяжения ОВ, поступает на первый вход ОР (9). Вторая часть излучения от ОР (3) поступает на вход Ц (5), а с его выхода через оптический соединитель (10) вводится в тестируемое ОВ. Излучение обратного рассеяния возвращается к Ц (5) и далее поступает на вход ОР (11). Излучение с первого выхода ОР (11) поступает на второй вход ОР (9) и суммируется с излучением, поступившим с выхода ОФ (8). Излучение, поступившее со второго выхода ОР (11), подается на ОФ (12), пропускающий спектр бриллюэновскго рассеяния независимо от степени натяжения ОВ. Фотоприемники (13) и (15) регистрируют приходящее на их входы излучение, и сигнал с их выходов поступает на микропроцессор (14) для обработки результатов и получения рефлектограмм. Преимуществами полезной модели является сокращение времени измерений и времени вывода результатов 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), 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).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является оптический бриллюэновский рефлектометр (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 и время вывода результата.

Указанный технический результат достигается тем, что ОБР, содержащий лазерный источник излучения, формирователь импульсов, два оптических разветвителя, циркулятор, оптический соединитель, фотоприемник, оптический фильтр, дополнительный фотоприемник, микропроцессор, причем первый выход циркулятора соединен через оптический соединитель с тестируемым оптоволокном, выход второго оптического разветвителя соединен с фотоприемником, оптический фильтр соединен 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, дополнительный оптический разветвитель, причем лазерный источник излучения соединен напрямую со входом формирователя импульсов, выход формирователя импульсов - со входом первого оптического разветвителя, первый выход первого оптического разветвителя соединен напрямую со входом циркулятора, а второй выход первого оптического разветвителя соединен напрямую со входом дополнительного циркулятора, первый выход дополнительного циркулятора соединен с эталонным отрезком оптического волокна, выход которого подключен к терминатору, второй выход дополнительного циркулятора соединен со входом дополнительного оптического фильтра, выход дополнительного оптического фильтра - с первым входом второго оптического разветвителя, второй выход циркулятора соединен со входом дополнительного оптического разветвителя, первый выход дополнительного оптического разветвителя - со вторым входом второго оптического разветвителя, второй выход дополнительного оптического разветвителя соединен со входом оптического фильтра.

На Фиг. 1 представлена схема ОБР.

ОБР содержит лазерный источник излучения (Л) 1, соединенный через формирователь импульсов (ФИ) 2 со входом оптического разветвителя (ОР₁) 3, первый выход которого подключен ко входу циркулятора (Ц₁) 4, а второй выход соединен со входом циркулятора (Ц₂) 5; первый выход циркулятора (Ц ₁) 4 соединен с эталонным отрезком ОВ (ЭВ) 6, выход которого подключен к терминатору (Т) 7, второй выход циркулятора (Ц1) 4 соединен с оптическим фильтром (ОФ₁) 8, выход которого подключен к оптическому разветвителю (ОР₂) 9; первый выход циркулятора (Ц₂) 5 подключен к оптическому соединителю (ОС) 10, второй выход циркулятора (Ц₂) 5 соединен с оптическим разветвителем (ОР₃) 11, первый выход которого подключен к оптическому разветвителю (ОР₂ ) 9, а второй выход соединен с оптическим фильтром (ОФ₂ ) 12, фотоприемник (Ф) 13, включенный между выходом оптического разветвителя (ОР₂) 9 и первым входом микропроцессора (М) 14, дополнительный фотоприемник (ДФ) 15, включенный между выходом оптического фильтра (ОФ₂) 12 и вторым входом микропроцессора (М) 14.

ОБР работает следующим образом. Излучение лазера (Л) 1 проходит через формирователь импульсов (ФИ) 2 и делится оптическим разветвителем (ОР₁ ) 3 на две части. Первая часть излучения подается на вход циркулятора (Ц₁) 4, а затем через один из его выходов поступает на вход эталонного отрезка ОВ (ЭВ) 6. Терминатор (Т) 7 добавлен в схему для предотвращения появления волны, отраженной от торца ОВ.

Падающее излучение приводит к появлению в эталонном отрезке ОВ обратного рассеяния, которое, в том числе, содержит компоненты бриллюэновского рассеяния, которое распространяется в противоположном направлении и возвращается к циркулятору (Ц ₁) 4. Далее излучение обратного рассеяния через второй выход циркулятора (Ц₁) 4, проходя через оптический фильтр (ОФ₁) 8, пропускающий только спектр бриллюэновского рассеяния, полученный при отсутствии натяжения ОВ, поступает на первый вход оптического разветвителя (ОР₂) 9.

Вторая часть излучения от оптического разветвителя (ОР₁) 3 поступает на вход циркулятора (Ц₂ ) 5, а с его выхода через оптический соединитель (ОС) 10 вводится в тестируемое ОВ.

Излучение обратного рассеяния от нерегулярностей тестируемого ОВ через оптический соединитель (ОС) 10 возвращается к циркулятору (Ц₂) 5 и далее поступает на вход оптического разветвителя (ОР₃) 11. Излучение с первого выхода оптического разветвителя (ОР₃ ) 11 поступает на второй вход оптического разветвителя (ОР ₂) 9 и суммируется с излучением, поступившим с выхода оптического фильтра (ОФ₁) 8. Излучение, поступившее со второго выхода оптического разветвителя (ОР₃) 11, подается на оптический фильтр (ОФ₂) 12, полоса пропускания которого выбрана таким образом, чтобы пропускать спектр бриллюэновскго рассеяния независимо от степени натяжения ОВ.

Фотоприемники (Ф) 13 и (ДФ) 15 регистрируют приходящее на их входы излучение, и сигнал с их выходов поступает на микропроцессор (М) 14 для обработки результатов и 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, будет иметь меньшую мощность. Так как снижение мощности может быть вызвано многими факторами, введены оптический фильтр (ОФ₂) 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) 6 представляет собой ОВ с такими же свойствами, как и тестируемое (желательно, ОВ той же марки), которое не подвержено механическим натяжениям.

С помощью устройств 4, 6-8 на выходе оптического фильтра (ОФ₁) 8 формируется сигнал с частотой, равной частоте бриллюэновского рассеяния при отсутствии механического натяжения ОВ. В результате формируется опорный канал, необходимый для дальнейшей обработки сигнала.

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_В - бриллюэновский частотный сдвиг; n - коэффициент преломления ОВ; _A - скорость акустической волны; - длина волны падающего света.

От натяжения ОВ зависит величина скорости _A и показатель преломления n. В свою очередь, скорость _A 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 и улучшаются характеристики прибора, при этом не требуется применение двухчастотного лазера и поляризационных фильтров.

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

РИСУНКИ