Способ определения дисперсионных свойств многомодовых световодов (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК G01M11/02 

(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСПЕРСИОННЫХ СВОЙСТВ МНОГОМОДОВЫХ СВЕТОВОДОВ (ЕГО ВАРИАНТЫ)

1

Изобретение относится к оптическим измерениям, в частности к способу определения дисперсных свойств многомодовых волокойных световодов, а именно дисперсии и импульсного отклика, и может быть использовано при их исследовании и для контроля их оптических свойств в процессе производства.

Известен способ определения дисперсионный свойств многомодовых световодов, включающий возбуждение исследуемого световода синхронными импульсами оптического излучения от двух источников, излучающих на разных длинах волн, измерение и сравнение формы возбуждающих импульсов .и импульсов, .прошедших по исследуемому световоду 1.

Недостатком этого способа является невозможность экстраполяции измеренной величины дисперсии на любую длину световода, что необходимо для контроля оптических свойств световодов при их производстве.

Известен также способ определения Дисперсионных свойств многомодовых световодов, включающий возбуждение исследуемого световода импульсом оптического излучения.

измерение формы возбуждающего импульса и импульса прошедшего по световоду, многократное повторение указанных операций при уменьшении длины исследуемого световода и сравнение результатов измерений между собой 2.

Недостатком этого способа является разрушение исследуемого световода в процессе измерения. Кроме того, этот способ не позволяет экстраполировать величину дисперсии на более длинные отрезки световода.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ определения дисперсионных свойств многомодовых световодов, включающий возбуждение исследуемого световода импульсом оптического излучения, сопоставление возбуждающего и прошедшего по световоду импульсов, определение модовой и материальной составляющей дисперсии 3.

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет определять дисперсионные свойства световода любой заданной длины без его разрушения. Цель изобретения - обеспечение возможности определения дисперсионных свойств световода любой длины без его разрушения Указанная цель достигается тем, что согласно способусветовод последовательно подвергают на всей длине и на участках различной длины упругой деформации и определяют при этом величины дисперсии деформированного световода, по которым расчитывают указанные модовую и материальную составляющие дисперсии, после чего по полученным значениям этих составляющих по величине дисперсии, полученной при многократном прохождении импульса оптического излучения по недеформированному световоду, определяют возбуждения недеформированного свето рда и по соотнощению модовой, материальной составляющей дисперсии и длины возбуждения недеформированного световода определяют его дисперсионные свойства. Кроме того, световод последовательно подвергают на всей длине и на участках различной ДЛИНЫ упругой деформации и определяют при этом величины дисперсии деформированного световода, по которым расчитывают указанные модовую и материальную составляющие дисперсии и длину возбуждения деформированного световода, по расчитанным значениям этих величин определяют форму импульса излучения на входе исследуемого участка световода, затем световод подвергают упругой деформации на всей длине за исключением его исследуемого участка измеряют при этом форму прошедщего по нему импульса оптического излучения и по соот ношейию измеренных значений этого импульса на входе исследуемого участка световода определяют его дисперсионные свойства. Способ осуществляется следующим образом. В многомодовых световодах за уменьщение и искажение формы импульсов излучения проходящих по световоду отвечают, в основном, модовая составляющая и материальная составляющая дисперсий. Дисперсионные свойства многомодовых световодов характеризуются также длиной возбуждения. Под длиной возбуждения световода понцмают длину световода, после которой не меняется распределение излучения по модам в световоде, обусловленное связью между модами. С точки зрения дисперсионных свойств световода, длина возбуждения - это такая длина, пос,ле которой величина дисперсии, обусловлен(ная разными групповыми скоростями разных мод, пропорциональна корню квадратному из длины световода. Для определения дисперсионных свойств световода на любой заданной длине Z необходимо определить три указанные величины. В настоящее время ни один из известных спо собов измерения дисперсии не позволяет этого сделать. В предлагаемом способе введение новых операций - упругой деформации световода и изменении длины деформируемых участков позволяет произвести необходимое для вычисление указанных величин число измерений. На чертеже показана блок-схема устройства реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит задающий генератор имульса 1 и источник 2 оптического излучения, в качестве которого используют полупроводниковый квантовый генератор, входное согласующее устройство 3, полупрозрачные зеркала 4 и 5, выходное согласующее устройство 6, приемник 7 излучения, регистрирующее устройство 8, линию 9 задержки и устройство 10 для создания упругой деформации в световоде. В качестве устройства 10 может быть использована бобина с радиальным разрезом. Измерение дисперсии световода осуществляют следующим образом. Предварительно измеряют форму импульса Tgj,(t), возбуждающего исследуемый световод. Для этого импульс излучения источника. 2 через согласующее устройство 3 направляют в калибровочный отрезок световода небольщой длины (-1 м) и после прохождения им этого отрезка с помощью выходного согласующего устройства 6 направляют на приемник 7 и регистрируют устройством 8. Затем измеряют форму импульса TniL(t), прошедшего m раз по исследуемому световоду. Для этого исследуемый световод 11 длиной L наматывают на бобину 10, зажимают начальный участок его на небольшой длине (порядка нескольких см) между щероховатыми поверхностями и направляют в него с помощью согласующего устройства 3 импульс оптического излучения источника 2. Зажим начального участка обеспечивает возбуждение в световоде, установивщегося по модам излучения. Импульс излучения отражаясь от зеркал 4 и 5 многократно проходит по исследуемому световоду. Число прохождений m выбирают с помощью величинызадержки импульса, синхронно с импульсом излучения источника 2, в линии 9 задержки. Импульс излучения, прошедший m разпо исследуемому световоду 11 через полупрозрачное зеркало 5 и выходное согласующее устройство 6, поступает на приемник 7 и регистрируется устройством 8, где измеряется его форма. В данном случае число прохождений m импульса по световоду всегда нечетное, так как для упрощения реализации способа регистрируется импульс излучения только со стороны выходного конца световода. После этого исследуемый световод 11 на всей длине L подвергают действию упругой деформации, для чего вставляют в разрез бобины 10 микрометрический винт и с помощью его увеличивают периметр бобины. Тем самым осуществляется натяжение световода на всей длине L. Световод 11 в натянутом состоянии возбуждают импульсом оптического излучения источника 2 и с помощью устройства 8 измеряют форму импульса T(t), прошедшего один раз по световоду 11. затем частично сматывают с бобины 10 световод 11, оставив на бобине участок световода длиной LI, не изменяя натяжения возбуждают световод импульсом опгического излучениями измеряют форму импульса Til,(t), прошедшего один раз по световоду, деформированному на участке длиной LI . Аналогично уменьшают длину деформированного участка световода до величины ) и измеряют форму импульса ) на выходе световда 11. По измеренным значениям Твх(1), T,(t), TL(t)X(t) и TUQ определяют величины дисперсий возбуждающего импульса ОГ IBX импульса прошедшего m раз по исследуемому световоду DgJ импульсов ОЦ . DL,прошедших по световоду, натяну|Тому на длинах L, L и LZ соответственно. Указанные величины дисперсий расчитывают по формуле гi2 j;tiT(t).(t)dt/, /Tfodt ;T(t)dt j По расчитанным величинам определяют величину дисперсии Dnii. исследуемого световода на длине mL и величины дисперсий Dj,, DI и DL световода, натянутого на длинах L, 1, и Ц соответственно, используя формулу. П - - вых -вх гяр П П ипиП где UBJ,, Цт)1, j. .i, илиид,2 -Bbij -mi. J. .-L, -.Ь2 Затем вычисляют модовую составляющуюП, дисперсии по формуле D )(Li4zHDL-JD;Li)a-J,jl a-i- a-LzyLi-J-a)- материальную составляющую D2 дисперсии ,I I 2 1 1 v2 D, ,(ft 1-(i,-L,)(L-L2Hi-|--L2)iдлину возбуждения Lg недеформированногр световода по формуле I DmL-Da&nlf JbTj-т 1 и длину возбуждения L деформированного световода по формуле г j Pi2lPWt:kj)l№ljr L}iLa2f /к (Dl2-DLXL-L,)-(DL,-D;.Xl.--L2) После этого сопоставляют между собой рассчитанные значения Lg и Lg, значение LB (2) и длину mL, а- также длины L, LI и L с рассчитанными значениями LB и LB. Выполнение условий Lg LB, , L, и Lj Lg, L-Lj,H L-L2 Ljозначает, что величина деформации световодов, длины Ц и Lj деформируемых участков и число гп прохождений импульса излучения по световоду выбраны правильно. При- невыполнении, указанных условий описанную последовательность операций повторяют, увеличив при этом вели ну деформации световода, число m прохождении импульса излучения по световоду и длины L( и L деформируемых участков. Когда указанные условия будут выполняться, рассчитанные по результатам последних измерений величины DI, Dj и LB используют для определения71) дисперсии Ьг световода на любой заданной длине Z .по формуле f(D, + D2)Z ь, LaZfDoZ Для осуществления второго варианта предлагаемого способа после измерения формы импульса оптического излучения, возбуждающего исследуемый световод, измеряют форму импульса Т, (t) прошедшего один раз по исследуемому световоду. Далее исследуемый световод подвергают действию упругой деформации аналогично первому варианту, и после расчета дисперсии Dt исследуемого световода, дисперсий Р; Dj, и О;7деформированного световода, модовой D и материальпой DJ составляющих дисперсии и длины возбуждения L деформированного световода сопоставляют между собой рассчитанные значения дисперсий Di и Оц.а также длину возбуждения Ц деформированного световода и длины L, Li,L2H Z. Указанную последовательность операций осуществляют один раз при выполнении условий Pi.Hi.LiH Lj Lj и L - LB , или повторяют многократно до выполнения указанных условий увеличивая каждый раз виличину деформа световода и длины Lj и Затем исследуемый световод подвергают действию упругой деформации на длине L-Z и измеряют форму импульса ) излучения, прощедшего по всему световоду. Величину деформации выбирают равной деформации, при которой определялись окончательные значения DI, Ог и LB. 50 По измеренному значению Tj..z(t) и окончательным значениям Т (t), D(, D и LB определяют форму импульса излучения на входе исследуемого участка длиной Z по формуле55 ,, 1 ( I +П 1 2 TB«(t) T t -|J;-|t ±| -,-)(8)

и импульсный отклик этого участка по формуле

Т ftl - F 1(Q)

T(t) -i- 1тТт7хГ()1

где F ир{ - прямое и обратное Фурье преобразование, соответственно.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

// /0

85 6