ГОСТ Р МЭК 60793-1-22-2012 Волокна оптические. Часть 1-22. Методы измерений и проведение испытаний. Измерение длины (Переиздание)

Приложение E
(обязательное)

Требования, относящиеся к методу E. Фазовый сдвиг

E.1 Общие сведения

При данном методе испытания используют изменение фазового сдвига в оптическом волокне или кабеле при увеличении частоты до заранее установленной частоты модуляции . Метод может применяться к длинам волокна обычно в диапазоне от менее 1 м до нескольких километров для волокон категории A1 и до нескольких сотен километров для волокон класса B.

E.2 Оборудование

Схема измерительного оборудования показана на рисунке E.1. Оборудование, используемое в данном методе измерения, также может быть сконфигурировано для измерения хроматической дисперсии волокна. Измерение хроматической дисперсии методом фазового сдвига описано в МЭК 60793-1-42 (метод A).          

E.2.1 Источник света

Используют либо лазерный диод, либо светоизлучающий диод с фильтрацией света. Длина центральной волны и модулированная выходная фаза должны быть стабильными в течение времени измерения при возникающих токе смещения, частоте модуляции и температурном диапазоне диода.

Полная ширина спектра на уровне полумаксимума (ПШПМ) не должна превышать 30 нм. При необходимости это достигается за счет использования монохроматора или оптического фильтра.

E.2.2 Модулятор

Для генерации волны, имеющей форму с одной доминантной Фурье-компонентой, например синусоидальной волны, используют оборудование для модуляции интенсивности выходного сигнала источника света в широком частотном диапазоне, обычно примерно от 100 Гц до нескольких гигагерц.

Выбор частоты модуляции определяется максимальной длиной волокна, которое должно быть измерено, и требуемой точностью измерения. Чтобы избежать неопределенности, вызываемой 2 фазовыми сдвигами, при наличии более одного полного цикла модуляции в волокне необходимо начать с низкой частоты и считать число полных циклов при медленном увеличении частоты. Важно, чтобы число 2 фазовых сдвигов было точно подсчитано. Использование более высокой частоты обычно дает более точное измерение длины. Для заданной длины волокна (в метрах) максимальная начальная частота (в герцах) определяется уравнением

,                                                              (E.1)

где - скорость света в вакууме, м/с;

- групповой показатель преломления.

Например, для длины 10 км типичное максимальное значение должно быть 20 кГц.

С другой стороны, если начальная частота уже была выбрана, тогда максимальную длину волокна, которая может быть измерена, можно рассчитать перестановкой составляющих уравнения (E.1).

Выбранная наибольшая частота, соответствующий фазовый шум на этой частоте и неопределенность самой частоты модуляции будут определять разрешающую способность измерительной системы. Для минимально измеримого фазового изменения в радианах минимально разрешаемая длина в отсутствие фазового шума и неопределенности частоты определяется уравнением

.                                                         (E.2)

Нужно заметить, что значение может зависеть от используемой частоты модуляции.

С другой стороны, для заданной разрешающей способности длины волокна требуемая максимальная частота может быть определена перестановкой составляющих уравнения (E.2).

Например, для фазовой разрешающей способности 0,01 рад и максимальной частоты 100 МГц разрешающая способность по длине будет приблизительно 3 мм.

E.2.3 Оптика ввода излучения

Свет от источника вводят в испытуемое волокно, например оптически формируя изображение на конце испытуемого волокна или методом прямого торцевого соединения гибкого вывода волокна с источником света. Для волокон категории A1 необходимо ограничить условия возбуждения таким образом, чтобы в волокне возбуждались только моды низкого порядка для минимизации эффектов модальной дисперсии. Это может быть достигнуто либо при прямом формировании изображения на конце испытуемого волокна при использовании оптической системы, в которой числовая апертура и размер пятна могут быть ограничены, либо прямым соединением гибкого вывода одномодового волокна, который расположен соосно с испытуемым волокном и находится в контакте с ним.

E.2.4 Детектор сигналов и электроника для обнаружения сигналов

Для обнаружения сигналов используют оптический детектор, который является чувствительным на длине волны измерения, стабильным в течение времени измерения и линейным в диапазоне модуляции интенсивности светового сигнала. Для увеличения чувствительности обнаружения может использоваться усилитель. Свет из испытуемого волокна вводят в детектор, используя, например, прямое формирование изображения при помощи линз или гибкий вывод волокна, который напрямую присоединен к детектору. Для волокон категории A1 в испытуемом волокне необходимо принимать свет только из мод низкого порядка. Это может быть достигнуто при прямом формировании изображения в детекторе при использовании оптической системы, в которой числовая апертура и размер пятна могут быть ограничены, или прямым соединением гибкого вывода одномодового волокна, который расположен соосно с испытуемым волокном и находится в контакте с ним.

Для определения фазы обнаруженного светового сигнала используют устройство для измерения фазы, например фазометр, векторный вольтметр или сетевой анализатор, который реагирует только на основную Фурье-составляющую модулирующего сигнала. Любой фазовый сдвиг, вызываемый самой системой измерения фазы, должен быть постоянным в течение времени измерения.