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

Собственные потери a_c включают остаточные потери за счет резонансного поглощения кварца в инфракрасной a_ик и ультрафиолетовой a_уф областях спектра, потери на релеевское рассеяние a_рр, а также потери за счет резонансного поглощения a_рп в различных примесях (ОН^-, Fe²⁺, Cu²⁺, C).

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

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

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

Для расчета a_ик, a_уф и a_рр 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 a_д складываются из потерь на микроизгибы и макроизгибы, потерь в оболочке, потерь из-за термомеханических напряжений. Их точный учет затруднен, поэтому можно ориентировочно принять a_д = 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 U_г на выходе ГИ, импульсы U_c, задержанные на время t_з в УЗ, пилообразное напряжение развертки U_р и напряжение U_у с выхода ФПУ. Импульсы U_г 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 U_m1 и U_m2 и длительности t₁ и t₂ входного и выходного импульсов. По измеренным величинам можно рассчитать: длину ВС L, вносимое затухание a_вс 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.