Оптикалық талшықтардың негізгі параметрлері

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 18 бет
Таңдаулыға:

№1 зертханалық жұмыс
Тақырыбы: Оптикалық талшықтардың негізгі параметрлері.
Жұмыстың мақсаты: ОТ пайдаланып, таратудың негізгі параметрлерін есептеу.
Жұмыстың барысы
1. Қысқаша теориялық мәліметтерді зерттеу.
2. Параметрлердің есептеулерін жүргізіп, есеп беру жасау.
3. Бақылау сұрақтарына жауап беру.
Қысқаша теориялық мәліметтер
Бірмодалы режим. Практикада оптикалық талшыңтың бірмодалы режимі аса зор маңызды орын алады, яғни ОТ-та тек негізгі мода Н11 таралатын режим. Бірмодалы режим шарты мынадай:
V=2PIαλn12-n22=2PIαλA=2,405
ОТ-ның азимуталды симметриясы негізгі моданың поляризациялық айнуына әкеліп соқтырады, яғни ОТ-да әрдайым бір ғана емес, өріс және таралу сипаттамалары бірдей екі негізгі мода таратылады, мұнда олардың поляризация жазықтықтары өзара перпендикуляр болады. Азимуталды симметрияның кез келген бұзылуы (мысалы, өзекшенің эллипс болып келуі) сәуленің екі еселі сынуына немесе модалы поляризациялық дисперсияның пайда болуына әкеледі.
Бағытталған модалардың фазалық жылдамдығы мына формуламен аныкталады:
vф=ωβ
ω - сызықтық жиілік;
β - бағытталған моданың фазалық коэффициенті.
Нормалық жиіліктің артуынан фазалық жылдамдықтар V кемиді, бірақ мына аралықта жатады:
cn1=vф=cn2
Мұндағы
с - жарық жылдамдығы;
n1 - өзектің сыну көрсеткіші;
n2 - қабықтың сыну көрсеткіші;
Барлық бағытталған модалардың фазалық жылдамдығының өзгеруінің сипатын былай түсіндіруге болады: кез келген бағытталған моданың V күдікті мәніне Vтп дейін кемуі кезінде осы моданың өрісі толығымен қабыққа қайта үйлестіріледі. Мұнда моданың фазалық жылдамдығы қабықтың параметрлерімен анықталады:
vф=сn2

Vтп -пен салыстырғандағы V-ның кемуі кезінде, мода өрісі одан әрі көп концентрацияланады және фазалық жылдамдық мынаған ұмтылады:
vф=сn1
ОТ-дың бірмодалы режимі үшін өзекшенің қажетті радиусы а - п1 мен п2 қатынасына төуелді: ∆n=n1-n2 , айырымы неғұрлым аз болса, соғұрлым радиус а үлкен болады. ОТ-дың дайындалуы және оған сәулелену көзінің енгізуімен байланысты қиындықтар -- өзекше радиусының кішіреюі әсерінен ұлғайып, ∆n максималды азайту мақсатқа лайықты болады. Кәдімгі ОТ-дың ∆n≈0,003. ∆n-ді одан әрі кеміту, тәжірибе жүзінде іске асыру қиынға соғады.
ОТ-дың берілген құрылым параметрлерімен кесіп тастау (ОТ бірмодалы болуы кезіндегі қолданылатын сәулеленудің ең қысқа толқын ұзындығы) толқынының ұзындығын анықтауға болады:
λс=2PIα2,405n12-n22=2,61an12-n22
Егер толқынның жұмыс ұзындығы кесіп тастаудың толқын ұзындығынан қысқа болса (λλС), ОТ көпмодалы болады. Бағытталған моданы (негізгісінен басқа) тудырушы - оптикалық талшықтың сәулелер иілу жеріндегі деформациясы кезінде толық ішкі шағылудың шарттары бұзылуы мүмкін және кейбір модалар жоғалып кетеді. Бұл оптикалық кабельдер мен иілгіш қосылмалы баулардағы кесімнің (отсечка) толқын ұзындығы біршама қысқа толқын ұзындығына қарай ығысатынын білдіреді.
Таратудың негізгі параметрлері. ОТ берілістің екі негізгі параметрімен сипатталады: өшу жөне дисперсия. Бұл параметрлер ОК-дің практикада қолданылу мүмкіндігін және одан бұрын аралық генераторлар немесе күшейткіштер көмегінсіз сигнал беруге болатын ең жоғарғы аралықты анықтайды.
ОК-дегі сигналдардың өшуі ОТ-тағы қуат шығынымен және қосымша (кабельді) шығындармен шартталған. Сонымен, ОТ-дың кабельдегі өшу коэффициента (дБкм):
a=ac+aдоп
Қуаттың өздік шығындары негізінде екі фактормен анықталады: ОТ материалындағы энергия жұтылуы және қоршаған кеңістікте энергияның шашырауы. Жұтылу шығыны материалдың өзіндегі және қоспалардағы жарықтың жұтылу шығындарынан тұрады.
Қоспалық орталықтар олардың типіне байланысты жарықты өзіне тән белгілі бір толқын ұзындығында

Параболитикалық және әсіресе, сыну көрсеткіші бар оңтайлы профильдік градиентті ОТ кең сызықты жиілікті таратуға мүмкіндік береді. Оңтайлы профилі бар ең жақсы ОТ-дың кең қуыс коэффициенті 2-3 ГГц :: км-ға тең. Ең қалың өткізу жолағы бірмодалы ОТ-да болады.
Әдістемелік нұсқаулар
1. Жоғарыда көрсетілген материалды және оқу құралының 1.4., 1.5. бөлімдерімен жұмыс істеу.
2. Мына параметрлерді есептеу:
а) берілген құрылым параметрлері бойынша толқын ұзындығының кесіп тастауын есептеу (1-кесте);
б) қандай толқын ұзындығының жұмыс істеу мәндерінде қаралып жатқан ОТ көпмодалы болады (жұмыс ұзындығы бар терезе мөлдірлігінен алынады);
в) ұзындығы L болатын ОТ үлескісіндегі ортақ дисперсияны табу, егер талшық түрі және толқын ұзындығының жұмыс диапазоны белгілі болса (2-кесте);
г) сыну көрсеткішінің мәнін 1-кестеден алу;
д) берілген түрі мен кең қуысты коэффициента бар ОТ-дың тарату сызығын табу.
3. Нұсқа нөмірі студенттің сынақ кітапшасының соңғы санына тең келеді.

№4 зертханалық жұмыс
Тақырыбы: ТОЖЖ сызықты трактілерді өлшеу әдісі.
Жұмыстың мақсаты: ТОЖЖ сызықты трактілердің практикалық әдеттерін алу.
Жұмыстың барысы
1. Қысқаша теориялық мәліметтерді оқу.
2. Тапсырманы орындау, есепті құру.
3. Бақылау сұрақтарына жауап беру.
Қысқаша теориялық мәліметтер
Өлшеудің түзу тәсілдері өлшенетін өлшемнің мағынасын табуға көмектеседі, өлшеудің жанама тәсілдері - бұл, өлшенетін өлшемнің тәуелділігімен білінетін түзу өлшеулердің өлшемдер қатары шығатын тәсілдер.
Бірігетін тәсілдер - бұл, арасындағы тәуелділікті табу үшін екі немесе бірнеше әр түрлі өлшемдерді өлшеу тәсілі.
ОК-дің оптикалық сипаттамасын және ТОЖЖ-ның сызықты трактілерін өлшеу үшін қазіргі кезде өлшенетін тәсілдердің көп саны қолданылады.
Оптикалық қуаттың өлшенуі
Оптикалық қуаттың өлшенуі ОТ өндірісінің барлық сатыларында, ОК жасалуында, құрылуында, ТОЖЖ монтажы және эксплуатациясы кезінде орындалады. Абсолюттік жөне біршама қуаттар өлшемдерін ажыратады. Бірінші жағдайда қуат өлшем бірлігінде (ватта) көрсетіледі, ал екіншісінде - 1мВт-қа қарағандағы біршама (логарифмдік) өлшем бірліктерінде өлшенеді (децибелдарда). 19-суретте оптикалық қуаттың өлшем сызбасы көрсетілген.
Оптикалық қуатты өлшеу үшін құрылымдық сызбасысы 19-суретте көрсетілген арнайы құрылғы - қуат өлшеуші (оптикалық ваттметр) қолданылады. Фотодетектордың (фототок) сигналды тогы күшейтуден кейін электронды осциллографтың кіруіне түседі, оның экранында өлшенетін қуаттың лездік мәніне пропорционал болатын сигналды көруге болады. Өлшемнің нәтижесін көру үшін цифрлық түрде аналогты-цифрлық түрлендіруші және бейнелеп көрсететін құрылғы қолданады. Нәтижені логарифмдік өлшем бірліктерінде шығару үшін логарифматор қолданылады.
Оптикалық қуаттың орта мәнін есептеген кезде күшейткіштен кейін аласа жиіліктегі орталық сүзгілер, ал ең жоғарғы мәнді есептеу үшін амплитудалық детектор қойылады. Фотодетектор орнына ріп-фотодиодын қолданады. Күшейткіште дискретті жүргізілетін күшейту коэффициенті болады.
Замандас отандық және шетелдік оптикалық қуатты күшейткіштер көпмодалы және бірмодалы ОТ-мен λ = 0,8... 1,6 мкм диапазонында жұмыс істеуге арналған. Оларда +- 0,2 дБ қате жіберушілігі болады және +3...+20 дБм-ден -70... -60 дБм-ге дейінгі диапазон өлшеулерімен қамтамасыз етеді.
Оптикалық қуатты өлшеуіштің функционалды мүмкіншіліктерін үлкейту үшін ол шығындарды (өшу) өлшеуде сәулелену көзімен толықтырылады. Бірегей жұп сәулелену көзі бар құрылғы -- оптикалық қуатты өлшеуіш оптикалық тестер немесе оптикалық шығындарды өлшеуіш деп аталады.
Оптикалық қуаттың ОТ кабелінің Р1 (р1) кіруіндегі және Р2 (p2) шығуындағы өлшемін жасаған кезде оның өшуі (дБ) мен өшу коэффициентін (дБкм) табуға болады:
a=10lgP1P2=p1-p2;α=al
мұндағы l - ОТ ұзындығы,км.
МЕМСТ 26814-84 және МСЭ-Т мен G651 G652 нысына байланысты өшудің негізгі үш өлшеу тәсілін бөледі: үзілу тәсілі, кіргізілетін шығын тәсілі және қайта шашырау тәсілі.
Үзілу тәсілі бойынша өшудің өлшенуі
Үзілу тәсілі ОТ-дың басынан сынған оның ұзын және қыска шығуында өлшенген оптикалық қуаттың мәндерін салыстыруы бойынша негізделген. Осы тәсіл өшу өлшеуінің мықты түзулігін қамтамасыз етеді, бірақ оның далалық шарттарда жәнт етулерде қолданылуы қиын. Сондықтан оны, көбінесе, ОТ және ОК өндірісінде қолданады.
Үзілу тәсілі бойынша өлшеудің орнатылуының жеңілдетілген сызбасы 20-суретте көрсетілген.
Оптикалық көздің сәулеленуі қоспалы модалардан, сүзгі ағылатын модадан өтеді және ОТ-дың кіру құрылғысына кіреді. ОТ-дың немесе қысқа кесіктің шығарылатын оптикалық куатын оптикалық қуаттың өлшеуішімен есептейді.
Өлшеудің процесі келесіде қорытындыланады. Өлшенетін ОТ-ды екі санын қорғаушы жабыннан жібереді және олардың түзу, осьтері перпендикуляр, сызығы мен жарығы болмас үшін өңдейді. Кіргізу құрылғысының көмегімен юстирофканы, кіру кесігінің фиксациясын енгізеді және кіру қуатының Р2 өлшемін есептейді. Содан соң кіру құрылғысындағы ОТ қалпын өзгертпей, кіру кесегінен 1,5...2м-ге өлшенетін ОТ-ды сындырады. Қысқа кесіндіні өңдейді және шығу қуатының өлшемін есептейді. Бұл қуатты өлшенетін ОТ кіруіндегі Р1 қуатына қабылдайды. Жоғарыда көрсетілген формулалар арқылы өшу және өшу коэффициентін табады.
Оптикалық сәулелену көзінің таңдауы маңызды. Р1 қуаты және сәулелену толқынының ұзындығы λ жоғары тұрақтылы болуы керек. Сонымен қатар, Р1 әлдеқайда үлкен, ал сәулелену спектрі тар болуы керек. Ол өшу өлшеуінің диапазонын үлкейтеді және әр түрлі құрылғылармен өлшеу бірлігін береді.
Көпмодалы ОТ-да барлық бағытталған модалармен келісілген орташа өлшемді өлшейді. Бағытталған модалар ОТ өзекшесі бойымен көптеген жолдарды өтетін сәулелермен керсетілгендіктен олардың өшуі әр түрлі болады. Өлшенетін өшу моданың әрекеттесуінің дәрежесіне бағынышты болғандығы, яғни олардың арасындағы жіберілетін энергияға байланысты екені белгілі. Тепе-теңдік таратуы 5 км-дан аспайтын бекітілген Ly байланыс ұзындығында орнатылады. Сондықтан, көпмодалы ОТ-дағы өшу өлшемдерінің нәтижесі ұзындығынан (әсіресе, кішкентай ұзындықтарда) тәуелді болмауы үшін өлшенетін ОТ-дың барлық арақашықтығында мода арасындағы энергия таралуының біркелкілігін орнату керек. Осы мақсатта ұзындығы LLy болатын қосымша ОТ немесе диаметрі 15-40мм және кішкентай керумен оралған ұзындығы 20мм ОТ-дың бірнеше орамы болатын оқтаманы ұсынатын арнайы мода жылжытқыштарды қолданады.
Қысқа ОТ-дағы өшуді өлшегенде ағып кететін модалар үшін болатын қателер шығады, олар бағытталған модаларға қарағанда тезірек өшсе де, үлкен қашықтықтарға кеңейтіле алады. ОТ-дың шығу кесегінде потикалық қуатты өлшеуіш ағып кететін модалардың қосымша қуатын тізімге тіркейді. Осы қателік бірмодалы ОТ-да үлкен болуы мүмкін. Әдетте ағып кететін модаларды жою үшін қорғауыш қабықтардан босатылған және иммерсионды сұйықтыққа қойылған, өзі ОТ кесігі болатын модасы ағып кететін сүзгіні қолданады. Егер иммерсионды сұйықтықтың сыну көрсеткіші п п2 болса, мұндағы п2 - ОТ қабығының сыну көрсеткіші болады, ОТ-дан модалар ағып кетеді және өз энергиясын иммерсионды сұйықтыққа жібереді.
Өшу өлшемін кіргізілетін қателер тәсілімен табу
Кіргізілетін қателер тәсілі алдағыдай тура емес, бірақ ол ОТ-дың жылуын керек етпейді және сондықтан әдетте далалық шарттарда қолданылады. Өшуді өлшеу үшін оптикалық қуатты өлшеуіші және сәулелену көзі оптикалық ажырайтын қосылғыштармен жасалған тесттерді қолданады. Сонымен қатар ажырайтынға қосылғыштармен өлшенетін ОТ және оптикалық тізгін (оптикалық тізгін-эталонды ОТ) армирленген.
Өшуді өлшеу үшін орнату сызбасы 21-суретте көрсетілген. Екі өлшеуді орындайды. Ең бірінші оптикалық тізгін Р шығуындағы оптикалық қуатты өлшейді. Содан соң сәулелену көзі мен қуатты өлшеуіш арасына өлшенетін ОТ-ны қосады және шығуындағы қуатты Р2 өлшейді. Қысқа тізгіндегі ОТ-ның өшуі және өшу коэффициентін формуламен шешеді.
Осы тізгін кезіндегі өлшеу нөтижесіне оптикалық тізгіннің ап енгізілген өшуі кіреді:
a=αL=10lgP1P2+an, дБ
Эксплуатация кезінде салынған ОК-нің өлшеулерінде, ОТ-ның кіруі мен шығуы әлдеқандай аралыққа тіркеп қойылған. Енгізілетін өшуді тапқан кезде екі өлшеуішті оптикалық қуатты қолдану керек жағдайы туады, олардың көрсеткіштерін бір оптикалық сәулеленумен алдын ала салыстырады. Бірақ осы тәсілмен өлшеу дәлділігі олардың практикалық мақсаттары үшін толығымен келеді.
Оптикалық элементтердің кіргізілетін қателіктерінің өлшенуі
Осындай оптикалық элементтердің кіргізілетін қателіктері оптикалық қосылғылар, сүзгілер, дисперсияның компенсаторлары, тарамдағыштары, мультиплексорлары, т.б. тәрізді ТОБЖ-нің кіру тракті кезінде жүйенің энергетикалық потенциалына елеулі әсер етеді.
Кіргізілетін жоғалтулар кезінде әр түрлі өлшенетін элементтер (ӨЭ) бір-бірінен оптикалық кіру және шығумен ажыратылатынын ескеру керек. ӨЭ бөлінетін қосылғыштармен армирленген майысатын бірталшықты бауларды білдіреді. Бұл жағдайда өлшеуді бекіту жүргізіледі, оның сызбасы 21-суретте көрсетілген.
Өлшеу процесі екі тізбектелген кезеңнен тұрады. Бірінші кезеңде ӨЭ кіруіндегі қуатты өлшейді. Бұл үшін сәулелену көзі мен қуат өлшеуішті бір-бірімен бау тәрізді оптикалық тізгінмен қосады. Екінші сатысында оптикалық тізгіннің орнына ӨЭ-ні қосады және оның кіруіндегі қуатты өлшейді. Кіргізілетін қателіктер ұзындығын қуаттың өлшенген мәндер қатынасы сияқты табады (децибелмен). Осындай өлшеу тәсілі кезінде нәтижеге оптикалық тізгіннің өшуі кіреді. Осыны болдырмау үшін екінші кезеңде ӨЭ-ні тізгін және қуат өлшеуіштің арасына қосады.
Осы кезде өлшеу сызбасына тағы бір ажыратылатын қосылғышты қосады, өлшенген кіргізілетін қателіктер оның ішіндегі жоғалтуларды қосады және оның қателігі 0,3 дВ-ге жетеді. Егер ӨЭ ОТ-ның кішкентай кескінін білдірсе, өлшеулерді ажыратылатын қосылғыштар табуға көмектеседі.
Егер ӨЭ корпустың құрамды бөлігі болатын немесе кіру және шығу майысқақ баулары армирленбеген болса, ажыратылатын қосылғыштармен орнатылған өлшеу процесі қиындайды. Бірінші жағдайда екі оптикалық тізгінді қолдану маңызды, ал екіншісінде ӨЭ-ді іске қосу үшін соңғы жалаңаштарына арнайы түрлі ажыратылатын қосылғыштарды немесе ажыратылмайтын қосылғыштарды қолдану керек. Осы кезде өлшеу қателігі 0,3 дБ-дан асады.
Кері шашырау тәсілі
ОТ, OK және ТОБЖ-тың сызықты трактілері параметрлерін өлшеудің ең жақсы және ақпаратты тәсілі - кері шашырау тәсілі болып табылады. Қазіргі уақытта бұл тәсіл монтажды жұмыстар мен ТОБЖ эксплуатациясы процесінде көп қолданылады. Кері шашырау тәсіліндегі құрылғылар оптикалық рефлектометрлер деп аталады. Жеңілдетілген құрылымды сызба және оптикалық рефлектометрдің жұмыс принципі 22-суретте көрсетілген. Қуатты лазердің қысқа оптикалық импульсі сәулелену көзінен бағытталған тармақтан зерттелетін ОТ кабеліне кіргізіледі. Импульс жоғалуы бар болғандықтан амплитуда бойында кішірейіп ОТ-мен таратылады. Осы кезде оптикалық қуаттың бір бөлігі кері бағытта көрсетіліп кері шашырау сигналын құрайды.
Бұл сигнал шашыратылған жене суреттелген сәулелену жиынтығынан пайда болады. Шашыраған сәулелену ОТ-ның кәдімгі қасиеті болып табылады. ОТ арқылы жүретін оптикалық импульс микроскоптық біртекті еместермен ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.