Измерение дисперсии оптических импульсов.

Дисперсию оптических импульсов в волоконных световодах измеряют обычно прямыми методами, т. е. сравнением длительности импульсов на входе световода и после одного или несколькнх проходов по нему. Необходимо помнить, что в многомодовых волокнах дисперсия существенно зависит от распределения мощности по модам (см. гл. 2), поэтому чаще всего при измерениях на входном конце волокна устанавливается модовый смеситель для формирования равновесного распределения и исключения влияния условий ввода.

Установка для измерения межмодовой дисперсии схематически изображена на рис. 5.22. Лазерный диод генерирует субнано-секундные импульсы в нужном спектральном диапазоне (0,85; 1,3 или 1,55 мкм), эти импульсы через направленный ответвитель поступают на скоростной фотоприемник и на вход световода. На выходе световода также расположен скоростной приемник. Входной и выходной, импульсы наблюдаются на экране осциллографа со стробированием, после аналого-цифрового преобразования результаты измерений обрабатываются микропроцессором, который выдает данные о дисперсии.

Рис. 5.22. Установка для измерения межмодовой дисперсии: 1 — лазерный диод; 2 — направленный ответвитель; 3 — световод; 4, 5 — скоростные фотоприемиики,

6 — генератор коротких импульсов; 7 — осциллограф со стробированием, 8 — АЦП; 9 — микропроцессор

Рис. 5.23. Автоматизированный комплекс для измерения характеристик волоконных световодов: 1 — модуль подготовки торцов световодов; 2 — модуль контроля торцов; 3 — модуль анализа геометрии световодов; 4 — модуль измерения профиля показателя преломления; 5 — модуль измерения спектрального распределения потерь; 6 — модуль зондирования эхоимпульсами; 7 — модуль измерения дисперсии; 8 — блок автоматической смеиы компонентов; 9 — специализированная ЭВМ; 10 — дисплей; 11 — печатающее устройство; 12 — графопостроитель; 13— световод

Рассмотренный метод непригоден для контроля коротких отрезков световодов с малой дисперсией. Для решения этой проблемы предложен метод челночных импульсов [62]. На обоих торцах световода расположены полупрозрачные зеркала, короткий оптический импульс циркулирует между зеркалами и может регистрироваться у выходного конца после каждого двойного-прохода.

Хроматическая (материальная) дисперсия в одномодовых волокнах измеряется с использованием двух лазерных источников с близкими длинами волн излучения. Оба лазера одновременно генерируют субнаносекундные импульсы, задержка между импульсами с разными длинами волн на выходе световода позволяет определить хроматическую дисперсию.

В тех случаях, когда необходима информация об амплитудно-частотной и фазово-частотной характеристиках волокон, эти характеристики можно измерить, используя источники непрерывного излучения — лазеры и светодиоды с высокочастотной модуляцией гармоническим сигналом. Необходимо отметить, что

измерение временных характеристик (дисперсии) позволяет получить также информацию о комплексной частотной характеристике, которая может быть получена путем Фурье-преобразования импульсной характеристики.

Как видно из изложенного выше, при измерениях практически любого параметра волоконного световода необходимо использовать микроЭВМ или микропроцессоры. В странах, где освоен серийный выпуск волоконных световодов, разработаны автоматизированные комплексы, позволяющие с использованием специализированной ЭВМ измерить за короткое время все необходимые параметры и характеристики волокон. Обобщенная структурная .схема такого комплекса приведена на рис. 5.23.

После ввода оператором концов исследуемого световода в специальные гнезда комплекс работает по следующей программе:

1) подготовка торцов волокна;

2) контроль качества торцов (если качество неудовлетворительное, повторяется операция подготовки);

3) измерения посредством анализа телевизионного изображения, геометрии волокна (диаметра сердцевины, оболочки, защитной оболочки, эллиптичности и концентричности), кроме того, измеряется числовая апертура;

4) измерение профиля показателя (чаще всего методом рефракции);

5) измерение спектрального распределения полного затухания;

6) зондирование волокна эхо-импульсами;

7) измерение дисперсии импульсов.

Блок автоматической смены компонентов под управлением ЭВМ осуществляет выбор источника излучения, фотоприемника и других оптических элементов, необходимых для осуществления каждого из этапов программы. Во время измерений соответствующие изображения или кривые зависимостей можно наблюдать на экране дисплея, результаты измерений печатаются в виде таблиц. При необходимости графопостроитель выдает графики измеренных зависимостей.