Устройство для измерения характеристик волокна оптического кабеля связи

Авторы патента:


 

Полезная модель относится к контролю характеристик волоконно-оптического кабеля, используемого в системах связи, для измерения распределенной температуры и напряжения вдоль оптических волокон. Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что дополнительно введен оптический усилитель фотоприемного устройства с оптическим фильтром. Применение предложенного устройства повышает достоверность определения характеристик оптического кабеля связи и обеспечивает повышение точности измерения.

Полезная модель относится к контролю характеристик волоконно-оптического кабеля, используемого в системах связи, для измерения распределенной температуры и напряжения вдоль оптических волокон.

Известно устройство для измерения характеристик волокна оптического кабеля связи содержащее малокогерентный лазер, испускающий свет непрерывной волны с частотой накачки w, делитель мощности, измерительный направленный ответвитель, вывод основного канала которого присоединен к ближнему концу исследуемого волокна оптического кабеля, соединенного противоположным концом с оптическим отражателем, вывод ответвительного плеча измерительного направленного ответвителя соединен со входом фотоприемного устройства, подключенного выходом ко входу процессора, обрабатывающего результаты измерений, причем выход малокогерентного лазера соединен с выводом проходного плеча первого направленного ответвителя, вывод основного канала которого соединен с одним выводом элемента активной среды с эффектом вынужденного комбинационного рассеяния, частота смещения Стокса в которой равна частоте смещения Стокса в исследуемом волокне, второй вывод указанного элемента соединен с выводом основного канала второго направленного ответвителя, вывод проходного плеча которого подключен к первому входу делителя мощности, соединенного вторым выводом с первым входом оптического сумматора, а входом - через оптический усилитель с выводом ответвительного плеча первого направленного ответвителя, второй вход оптического сумматора соединен с выходом управляемого оптического затвора, вход которого соединен с выходом ответвительного плеча второго направленного ответвителя, выход оптического сумматора подключен к выводу проходного плеча измерительного ответвителя (см. патент РФ 2179374 МПК 7НВ 10/08 от 10 02.2002).

Известное техническое решение наиболее близкое по своей сущности к предлагаемому устройству и принято за прототип.

Недостатком этого устройства является недостаточная чувствительность фотоприемника, что ограничивает длину измеряемого волоконно-оптического световода.

Задача полезной модели является повышение достоверности определения характеристик оптического кабеля связи.

Техническим результатом, обеспечиваемым полезной модели, является повышение точности измерения характеристик волокна оптического кабеля связи.

Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что Устройство для измерения характеристик волокна оптического кабеля связи с оптическим отражателем на противоположном его конце, содержащее малокогерентный лазер, испускающий свет непрерывной волны с частотой накачки w, делитель мощности, измерительный направленный ответвитель, вывод основного канала которого присоединен к ближнему концу исследуемого волокна оптического кабеля, соединенного противоположным концом с оптическим отражателем, вывод ответвительного плеча измерительного направленного ответвителя соединен со входом фотоприемного устройства, подключенного выходом ко входу процессора, обрабатывающего результаты измерений, причем выход малокогерентного лазера соединен с выводом проходного плеча первого направленного ответвителя, вывод основного канала которого соединен с одним выводом элемента активной среды с эффектом вынужденного комбинационного рассеяния, частота смещения Стокса в которой равна частоте смещения Стокса в исследуемом волокне, второй вывод указанного элемента соединен с выводом основного канала второго направленного ответвителя, вывод проходного плеча которого подключен к первому входу делителя мощности, соединенного вторым выводом с первым входом оптического сумматора, а входом - через оптический усилитель с выводом ответвительного плеча первого направленного ответвителя, второй вход оптического сумматора соединен с выходом управляемого оптического затвора, вход которого соединен с выходом ответвительного плеча второго направленного ответвителя, выход оптического сумматора подключен к выводу проходного плеча измерительного ответвителя, причем дополнительно введен оптический усилитель фотоприемного устройства, вход которого соединен с выходом направленного ответвителя, а выход - с фотоприемным устройством.

Кроме того оптический усилитель фотоприемного устройства имеет оптический фильтр.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где представлена схема предложенного устройства.

На чертеже приняты следующие обозначения:

1 - малокогерентный лазер;

2 - проходное плечо направленного ответвителя;

3 - волоконно-оптическая катушка;

4 - направленный ответвитель;

5 - оптический усилитель;

6 - делитель мощности;

7 - оптический затвор;

8 - процессор;

9 - оптический сумматор;

10 - направленный ответвитель;

11 - оптический кабель;

12 - оптический отражатель;

13 - фотоприемное устройство;

14 - оптическое волокно;

15 - оптический усилитель фотоприемного устройства.

Оптический усилитель фотоприемного устройства 15 имеет оптический фильтр (на чертеже не показан).

Оптическая мощность малокогерентного лазера 1, работающего в непрерывном режиме на частоте накачки Wн, поступает на вывод проходного плеча направленного ответвителя 2, являющийся входом регенерационного кольца, в котором регенерируется (возбуждается) обратная волна Стокса с частотой Wн-. Такое кольцо содержит также волоконно-оптическую катушку 3 с длиной оптического волокна (OB) Lk, направленный ответвитель 4, делитель мощности 6 и оптический усилитель 5. Вывод основного канала направленного ответвителя 2 присоединяется к одному из выводов волоконно-оптической катушки 3. Другой вывод этой катушки присоединен к выводу основного канала направленного ответвителя 4, вывод проходного плеча которого подключен к первому выводу делителя мощности 6. Второй вывод делителя мощности 6, являющийся выходом регенерационного кольца (кольца регенератора) для волны Стокса, присоединен к первому входу оптического сумматора 9. Вход оптического делителя 6 подключен к выходу оптического усилителя 5, вход которого соединен с выводом ответвительного плеча направленного ответвителя 2.

Вывод ответвительного плеча направленного ответвителя 4 является вторым выходом кольца регенератора для волны накачки и подключен к входу оптического затвора 7, управляемого процессором 8, выход которого присоединен ко второму входу оптического сумматора 9. Выход оптического сумматора 9 подключен к выводу проходного плеча измерительного направленного ответвителя 10, вывод основного канала которого присоединен к ближнему концу оптического волокна 14-14 оптического кабеля 11, к противоположному концу которого подключен оптический отражатель 12. Вывод направленного плеча измерительного направленного ответвителя 10 через оптический усилитель фотоприемного устройства 15, подключен к входу фотоприемного устройства 13, выходной сигнал которого поступает в процессор 8.

Оптическая мощность лазера накачки 1 с частотой Wн через вывод проходного плеча направленного ответвителя 2 (вход регенератора) поступает в волоконно-оптическую катушку 3, являющуюся активной средой, обладающей эффектом (ВКР). За счет эффекта спонтанного комбинационного рассеяния (СКР) в этой катушке возбуждаются случайные (спонтанные) прямая и обратная волны Стокса с частотами соответственно Wн-сп и Wн-со, где сп, со - частоты смещения Стокса для прямой и обратной волн Стокса. Вследствие эффекта ВКР часть мощности волны накачки в катушке 3 преобразуется в мощность прямой и обратной волн Стокса, что приводит их усилению, зависящему от длины волоконно-оптической катушки, Lk. При этом обратная волна Стокса за счет направленных ответвителей 2 и 4 получает возможность циркуляции по кольцу регенератора по часовой стрелке, как это показано чертеже, непрерывно подпитываясь от мощности лазера накачки 1.

Условие регенерации (самовозбуждения) обратной волны Стокса выполняется, если коэффициент передачи по мощности в кольце регенератора K 0 больше единицы, т.е.

K0=K ВКРKП;

KОУKдeл>1;

KПKОУKдел<1,

где KВКР - коэффициент усиления за счет ВКР;

Kп =ехр{-п} - коэффициент передачи, связанный с результирующим коэффициентом потерь в регенераторе

п=1HО+2HО+ОBLk; 1НО, 2НO - соответствующие коэффициенты вносимых потерь со стороны направленных ответвителей 2 и 4;

ОВ - удельный коэффициент поттерь в оптическом волокне катушки 3;

Kдел - коэффициент деления мощности делителя 6 по второму выходу;

KОУ - коэффициент усиления мощности в оптическом усилителе 5.

Для устранения возможности возбуждения паразитных колебаний в кольцах регенератора должно выполняться дополнительное условие

KПKОУKдел<1.

Отработанная мощность лазера накачки с вывода катушки 3 через направленное плечо направленного ответвителя 4 ответвтляется на вход оптического затвора 7, управляемого сигналом процессора 8, и служащего для формирования измерительного импульса накачки. Оптический затвор работает таким образом, что в момент прихода управляющего сигнала из процессора 8 (вывод направленного плеча направленного ответвителя 4), на который поступает непрерывная мощность накачки из катушки 3, на короткий отрезок времени с длительностью подключается ко второму входу сумматора 9, в результате чего на этом входе образуется импульсный сигнал накачки с длительностью и скважностью Q=Т/, задаваемыми (определяемыми) процессором 8. При этом сумматор 9 служит для суммирования измерительного импульса волны накачки с непрерывной волной Стокса, поступающей на первый вход этого сумматора со второго вывода делителя мощности 6. Суммарная мощность импульсной волны накачки с оптической частотой W н и непрерывной волны Стокса с оптической частотой W н-со с выхода сумматора 9 через проходное плечо измерительного направленного ответвителя 10 поступает на вход исследуемого ОВ (14-14).

Непрерывная волна с частотой Wн -со, отражаясь от отражателя 12, на противоположном конце волокна образует обратную волну Стокса при условии, что частота смещения Стокса для исследуемого волокна 14-14 равна частоте смещения Стокса в катушке 3 генератора. При выполнении этого условия от каждого домена (элемента) разрешения в текущем сечении Z и шириной

Z=vcp/2

образуется ВКР элементарный (доменный) эхо-сигнал, который несет информацию не только о величине импульсной мощности накачки в данном сечении, но также (в случае ВКР по Бриллюэну) о температуре или напряжении в этом сечении. Причем vcp=vнvс/vн +vcp - средняя скорость между групповыми скоростями волн накачки и Стокса vн и vc.

Результирующий эхо-сигнал от всех доменов (элементов) разрешения поступает через направленное плечо измерительного направленного ответвителя 10, а затем через оптический усилитель фотоприемного устройства 15 на вход фотоприемного устройства 13, в котором детектируется, усиливается и после преобразования поступает для анализа в процессорное устройство 8.

Применение предложенного устройства повышает достоверность определения характеристик оптического кабеля связи и обеспечивает повышение точности измерения.

1. Устройство для измерения характеристик волокна оптического кабеля связи с оптическим отражателем на противоположном его конце, содержащее малокогерентный лазер, испускающий свет непрерывной волны с частотой накачки W, делитель мощности, измерительный направленный ответвитель, вывод основного канала которого присоединен к исследуемому волокну оптического кабеля, вывод ответвительного плеча измерительного направленного ответвителя соединен со входом фотоприемного устройства, подключенного выходом ко входу процессора, обрабатывающего результаты измерений, причем выход малокогерентного лазера соединен с выводом проходного плеча первого направленного ответвителя, вывод основного канала которого соединен с одним выводом элемента активной среды с эффектом вынужденного комбинационного рассеяния, частота смещения Стокса в которой равна частоте смещения Стокса в исследуемом волокне, второй вывод указанного элемента соединен с выводом основного канала второго направленного ответвителя, вывод проходного плеча которого подключен к первому входу делителя мощности, соединенного вторым выводом с первым входом оптического сумматора, а входом - через оптический усилитель с выводом ответвительного плеча первого направленного ответвителя, второй вход оптического сумматора соединен с выходом управляемого оптического затвора, вход которого соединен с выходом ответвительного плеча второго направленного ответвителя, выход оптического сумматора подключен к выводу проходного плеча измерительного ответвителя, отличающееся тем, что дополнительно введен оптический усилитель фотоприемного устройства, вход которого соединен с выходом направленного ответвителя, а выход - с фотоприемным устройством.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оптический усилитель фотоприемного устройства имеет оптический фильтр.



 

Похожие патенты:
Наверх