СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИАМЕТРА ПЯТНА МОДЫ ОДНОМОДОВОГО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА Российский патент 2003 года по МПК G01M11/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения диаметра пятна моды одномодового оптического волокна.

Известен способ [1] определения диаметра пятна моды одномодового оптического волокна, основанный на измерениях затухания в соединении исследуемого и образцового оптических волокон. Необходимость использования образцового волокна ограничивает область применения данного способа лабораторными испытаниями.

Известен способ [2, 3] определения диаметра пятна моды путем прямых измерений, основанный на сканировании поперечного сечения излучающего торца одномодового световода фотоприемным устройством. Специальное трехкоординатное юстировочное устройство обеспечивает известное перемещение торца вспомогательного волокна относительно неподвижного торца возбуждаемого испытуемого волокна. Реализация данного способа достаточно сложна и требует специального оборудования, поскольку необходимо обеспечить известные перемещения волокон в пределах диаметра их сердцевин, что составляет 5-10 мкм. Погрешность оценки обусловлена погрешностью определения изменяющихся в поперечном сечении расстояний, углового смещения, качеством обработки торцов, а также взаимодействием мод на стыке оптических волокон с зазором.

Известен способ [4] определения диаметра пятна моды одномодового оптического волокна, заключающийся в том, что испытуемое оптическое волокно соединяют с идентичным ему вспомогательным волокном так, что в месте соединения имеет место зазор между торцами соединяемых оптических волокон, измеряют затухание оптического излучения на стыке с зазором испытуемого и вспомогательного оптических волокон и определяют диаметр пятна моды из соотношения

где а - результат измерения затухания на стыке волокон;
λ - длина волны, на которой производят измерения;
δ - зазор между торцами оптических волокон на стыке;
W - искомый диаметр пятна моды.

Здесь волокна неподвижны в процессе измерений. Зазор между торцами волокон может быть выставлен с большей точностью по сравнению с радиальным смещением. Метод исключает ошибки за счет погрешностей определения изменяющихся в процессе измерений радиальных смещений. Здесь погрешность измерений определяется погрешностью установки значения зазора и погрешностями измерения затухания, а последние достаточно велики.

Сущностью предлагаемого изобретения является снижение погрешности измерений диаметра пятна моды одномодового оптического волокна.

Эта сущность достигается тем, что согласно способу определения диаметра пятна моды одномодового оптического волокна испытуемое оптическое волокно соединяют с идентичным ему вспомогательным волокном так, что в месте соединения имеет место зазор между торцами соединяемых оптических волокон, вводят оптическое излучение в оптическое волокно и измеряют уровень мощности оптического излучения на выходе оптического волокна, отличающийся тем, что уровень мощности оптического излучения на выходе испытуемого оптического волокна измеряют дважды при постоянных условиях ввода оптического излучения в вспомогательное волокно на входе, сначала для значения зазора между торцами оптических волокон на стыке, равного δ₁, затем для значения зазора между торцами оптических волокон на стыке, равного δ₂, и определяют диаметр W пятна моды одномодового оптического волокна из соотношения
(1)
где р₁, р₂ - результаты измерения уровней оптической мощности на выходе испытуемого оптического волокна при значениях зазора между торцами оптических волокон на стыке δ₁ и δ₂ соответственно;
λ - длина волны, на которой производят измерения;
K - постоянный коэффициент.

На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.

Устройство содержит испытуемое оптическое волокно 1, вспомогательное оптическое волокно 2, которое является отрезком испытуемого волокна и соединяется с испытуемым волокном на стыке с зазором 3, источник оптического излучения 4, подключенный к вспомогательному волокну на входе, и измеритель оптической мощности 5, подключенный на выходе к испытуемому оптическому волокну.

Устройство работает следующим образом. На стыке оптических волокон 3 устанавливают значение зазора δ₁, на входе вводят оптическое излучение от источника оптического излучения 4 в вспомогательное оптическое волокно 2 и измеряют уровень оптической мощности p₁ на выходе испытуемого оптического волокна 1 измерителем оптической мощности 5. Затем, не изменяя условий ввода оптического излучения в вспомогательное оптическое волокно 2 на входе, устанавливают значение зазора на стыке 3 вспомогательного 2 и испытуемого 1 оптических волокон δ₂ и измеряют уровень оптической мощности p₂ на выходе испытуемого оптического волокна 1 измерителем оптической мощности 5. После чего определяют искомый диаметр пятна моды из соотношения (1).

Поскольку условия ввода в процессе измерений не меняются, а значения измеряемых уровней мощности входят в соотношение (1) с противоположными знаками, предлагаемый способ исключает погрешность неопределенности ввода оптического излучения. Так как значения измеряемых уровней мощности, значения устанавливаемого зазора входят в соотношение (1) с противоположными знаками, предлагаемый способ существенно снижает влияние на результирующую погрешность систематических погрешностей установки зазора и измерения уровней оптической мощности. Погрешность определяется в основном выбором постоянной К и погрешностью оценки длины волны. Постоянная может быть принята равной K= 0,109. Однако точность определения искомой величины можно существенно повысить, производя калибровку устройства для реализации заявляемого способа. В этом случае параметр К определяется на длине волны источника оптического излучения 4 из соотношения (1) по результатам измерения для образцового волокна.

Источники информации
1. Патент RU 2156989.

2. Патент ЕР 0141251.

3. Волоконно-оптические системы передачи и кабели: Справочник / И.И.Гроднев и др. - М.: Радио и связь, 1993. - 264 с.: ил.

4. Оптические кабели: конструкции, характеристики, производство и применение/ И.И.Гроднев, Ю.Т.Ларин, И.И.Теумин. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 264 с.: ил.

Изобретение используется в измерительной технике для контроля оптического волокна. Используемое волокно соединяют с идентичным ему вспомогательным волокном так, что в месте соединения имеет место зазор между торцами волокон. Вводят излучение во вспомогательное оптическое волокно и дважды измеряют уровень мощности на выходе испытуемого оптического волокна при постоянных условиях ввода оптического излучения во вспомогательное оптическое волокно на входе для различных величин зазора между торцами волокон. По результатам измерений вычисляют диаметр поля моды испытуемого волокна по определенной формуле. Обеспечено снижение погрешности измерений. 1 ил.

Способ определения диаметра пятна моды одномодового оптического волокна, заключающийся в том, что испытуемое оптическое волокно соединяют с идентичным ему вспомогательным волокном так, что в месте соединения имеет место зазор между торцами соединяемых оптических волокон, вводят оптическое излучение в оптическое волокно и измеряют уровень мощности оптического излучения на выходе оптического волокна, отличающийся тем, что уровень мощности оптического излучения на выходе испытуемого оптического волокна измеряют дважды при постоянных условиях ввода оптического излучения во вспомогательное волокно на входе: сначала для значения зазора между торцами оптических волокон на стыке, равного δ₁, затем для значения зазора между торцами оптических волокон на стыке, равного δ₂, и определяют диаметр W пятна моды одномодового оптического волокна из соотношения

где p₁, p₂ - результаты измерения уровней оптической мощности на выходе испытуемого оптического волокна при значениях зазора между торцами оптических волокон на стыке δ₁ и δ₂ соответственно;
λ - длина волны, на которой производят измерения;
K - постоянный коэффициент.