Главы из книги
Листвин A.B. Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон (скачать PDF)


Оглавление
и
предисловие
книги


Долговечность волокон
Метод бриллюэновской рефлектометрии
→ Бриллюэновский анализатор (BOTDA)
Бриллюэновский рефлектометр (BOTDR)
Точность измерения натяжения волокна

Часть 4. Измерение механических характеристик волокон
Раздел II Измерение натяжения волокон
§ 5. Бриллюэновский анализатор (BOTDA)

Бриллюэновский анализатор (BOTDA)

В настоящее время метод бриллюэновской рефлектометрии применяется в бриллюэновском оптическом импульсном анализаторе (BOTDA – Brillouin Optical Time Domain Analyizer) и в бриллюэновском оптическом импульсном рефлектометре (BOTDR – Brillouin Optical Time Domain Reflectometer). В BOTDA используется явление вынужденного бриллюэновского рассеяния (SBS – Stimulated Brillouin Scattering), а в BOTDR – явление спонтанного бриллюэновского рассеяния (SPBS – Spontaneous Brillouin Scattering).

Как известно, явление SBS может быть использовано для создания волоконно-оптических усилителей с большим коэффициентом усиления и малой мощностью накачки. Для этого необходимо, чтобы оптический сигнал распространялся в волокне навстречу накачке, а ширина линии источника сигнала и источника накачки была меньше ширины линии бриллюэновского усиления (~30…50 МГц). Максимальное усиление достигается, когда частота зондирующего оптического сигнала fc совпадает с частотой стоксовой компоненты (fo – fБ) в спектре бриллюэновского рассеяния.

Таким образом, можно найти величину смещения частоты при бриллюэновском рассеянии fБ и рассчитать величину абсолютного натяжения волокна. Распределение натяжения вдоль волокна можно найти, если использовать импульсную накачку. При импульсной накачке усиление сигнала будет происходить только в той области волокна, где в это время находится импульс. Поэтому по зависимости продетектированного сигнала от времени можно найти распределение натяжения вдоль волокна. Оптическая схема BOTDA изображена на рис. 4.16.

Оптическая схема бриллюэновского анализатора (BOTDA)
Рис. 4.16. Оптическая схема бриллюэновского анализатора (BOTDA)

Как показано на рис. 4.16, с одной стороны в волокно вводится излучение лазера накачки с частотой fн, а с другой стороны излучение зондирующего лазера с частотой fc. После прохождения через акустооптический модулятор (АОМ) частота излучения накачки становится равной fн + Δf, где Δf – смещение частоты, создаваемое акустооптическим модулятором. Далее излучение накачки модулируется по амплитуде с помощью электроабсорбционного модулятора (ЕОМ), усиливается с помощью оптического усилителя мощности (EDFA) и вводится в тестируемое волокно.

Коэффициент бриллюэновского усиления зависит от состояния поляризации излучения накачки и сигнала. Максимальное усиление достигается, когда эти состояния одинаковы в месте взаимодействия этих волн (на ширине импульса накачки). Из-за двулучепреломления волокна эти состояния поляризации изменяются вдоль волокна, вообще говоря, случайным образом и их вариации приводят к замираниям отклика фотоприемника. Для того, чтобы устранить эти замирания перед оптическим усилителем устанавливается фарадевский вращатель (FC), периодически изменяющий состояние поляризации проходящего через него излучения.

Как уже говорилось, во встречном направлении в волокно вводится излучение от зондирующего лазера с частотой fс. Это излучение усиливается при взаимодействии с импульсной накачкой за счет эффекта SBS, проходит через волокно и направляется с помощью оптического ответвителя на вход фотоприемника. Узкополосный оптический фильтр, установленный перед фотоприемником, не пропускает на фотоприемник сигнал релеевского рассеяния (на частоте fн + Δf).

Смещение частоты, создаваемое акустооптическим модулятором Δf, изменяется дискретным образом с шагом примерно на порядок меньше, чем ширина линии бриллюэновского усиления (~30…50 МГц). Для каждой частоты накачки fн + Δf снимается рефлектограмма, что позволяет в конечном итоге получить трехмерное распределение спектра бриллюэновского усиления вдоль волокна, подобное тому, что изображено на рис. 4.15. Далее по распределению вдоль волокна частоты, соответствующей максимуму бриллюэновского усиления, рассчитывается распределение натяжения вдоль волокна.

Бриллюэновский анализатор (BOTDA) широко используется за рубежом при контроле натяжения волокон в заводских условиях. Однако BOTDA малопригоден для тестирования линий передачи, так как его необходимо подключать к обоим концам волокна. Поэтому компанией Ando (Япония) был разработан другой тип измерителя абсолютного натяжения волокна – бриллюэновский рефлектометр (BOTDR), который подключается только к одному концу волокна (рис. 4.17). По своему принципу действия он во многом схож с BOTDA и отличается в основном тем, что натяжение волокна находится не с помощью эффекта вынужденного бриллюэновского рассеяния (SBS), а по спектру спонтанного бриллюэновского рассеяния (SPBS).

Оглавление
и
предисловие
книги

Главы из книги
Листвин A.B. Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон (скачать PDF)

Далее из этой книги → Раздел II § 6 → Бриллюэновский рефлектометр (BOTDR)

Общая тема → Cтарение оптоволокна