Прохождение оптических импульсов по многомодовым волоконным световодам. Исследование прохождения световых импульсов по многомодовым волоконным световодам, страница 3

Собственные потери ac включают остаточные потери за счет резонансного поглощения кварца в инфракрасной aик и ультрафиолетовой aуф областях спектра, потери на релеевское рассеяние aрр, а также потери за счет резонансного поглощения aрп в различных примесях (ОН-, Fe2+, Cu2+, C).

Потери на резонансное поглощение трудно поддаются расчету и могут быть приняты равными:

aрп = 0.1 дБ/км      для l  = 0.85 мкм;

aрп = 0.05 дБ/км    для l = 1.3 мкм.                                                            (1.18)

Для расчета aик, aуф и aрр в кварцевых ВС на заданной длине волны lможно использовать следующие выражения, дБ /км:

,                                                               (1.19)

,                                                                 (1.20)

.                                                                                              (1.21)

В выражениях (1.19-1.21) коэффициенты затухания получатся в дБ/км, если длина волны выражена в мкм.

Дополнительные потери aд складываются из потерь на микроизгибы и макроизгибы, потерь в оболочке, потерь из-за термомеханических напряжений. Их точный учет затруднен, поэтому можно ориентировочно принять aд = 0.1 ‑ 0.3 дБ/км.

Общий (суммарный) коэффициент затухания:

.                                                              (1.22)

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Структурная схема лабораторной установки по исследованию процессов прохождения оптических импульсов по многомодовым волоконным световодам (рис. 1.1а) включает:

·  генератор импульсов (ГИ);

·  источник излучения - полупроводниковый лазер (ИИ);

·  два направленных ответвителя (НО1 и НО2);

·  устройство временной задержки электрического импульса (УЗ);

·  фотоприемное устройство (ФПУ);

·  стробоскопический осциллограф (СО);

·  три коротких оптических поводка (ОП1, ОП2, ОП3);

·  исследуемый волоконный световод (ВС).

(а)

(б)

Рис. 1.1. Структурная схема лабораторной установки (а) и временные диаграммы ее работы (б)

Работа лабораторной установки иллюстрируется временными диаграммами (рис. 1.1б), которые показывают импульсы Uг на выходе ГИ, импульсы Uc, задержанные на время tз в УЗ, пилообразное напряжение развертки Uр и напряжение Uу с выхода ФПУ. Импульсы Uг поступают на ИИ, где преобразуются в оптические импульсы мощностью P, которые в НО1 разделяются по мощности на два примерно одинаковых импульса. Один из них, мощностью Р1, проходит через ОП1, ОП2, ОП3, НО1 и НО2, задерживается на время t31 и поступает на ФПУ. Второй, мощностью Р2,проходит через ОП1, ВС, ОП3, НО1 и НО2, задерживается на время t32 и ослабленный за счет затухания в ВС также поступает на ФПУ. ФПУ преобразует оптические импульсы в электрические, которые можно наблюдать на экране СО, если электрический импульс совпадает по времени с пилообразным напряжением развертки. Момент запуска развертки определяется установленной в УЗ задержкой, которую можно изменять вручную или автоматически. В автоматическом режиме поиска выходного импульса задержка возрастает от 0 до максимального значения. Процесс останавливается при превышении сигналом определенного уровня (в данной лабораторной установке он выбран равным 2 мВ).

Лабораторная установка позволяет определять времена задержки t31 и t32, амплитуды Um1 и Um2 и длительности t1 и t2 входного и выходного импульсов. По измеренным величинам можно рассчитать: длину ВС L, вносимое затухание aвс и средний коэффициент затухания a, дисперсионное уширение выходного импульса.

Анализ оптической схемы

В лабораторной работе предполагается проведение измерений для трех вариантов включения исследуемого ВС и оптических поводков в схему лабораторной установки (рис. 1.2). Это позволяет исключить погрешности, обусловленные временными задержками и затуханиями в оптических элементах лабораторной установки.