Изучение свойств рассеяния Мандельштама - бриллюэнав одномодовых оптических волокнах, сохраняющих состояние поляризации

11. Богачков И. В., Горлов Н. И. Исследования влияния температурных изменений в оптических волокнах на спектр бриллюэновского рассеяния // Актуальные проблемы электронного приборостроения: тр. XIII междунар. конф. Новосибирск, 2016. Т. 3, ч. 1. С. 105-110.

12. Богачков И. В. Температурные зависимости спектра рассеяния Мандельштама - Бриллюэна в оптических волокнах различных типов // Синхроинфо-2017: сб. тр. Междунар. науч.-техн. конф., Казань, 03-04 июля 2017 г. М.: Медиа Паблишер, 2017. С. 13-14.

УДК 621.372.8: 621.396: 621.315

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ РАССЕЯНИЯ МАНДЕЛЬШТАМА - БРИЛЛЮЭНА В ОДНОМОДОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКНАХ, СОХРАНЯЮЩИХ СОСТОЯНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИИ

RESEARCH PROPERTIES OF THE MANDELSTAM - BRILLOUIN SCATTER IN THE POLARIZATION MAINTAINING SINGLE-MODE FIBERS

И. В. Богачков

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

I. V. Bogachkov

Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. В работе приведены результаты экспериментальных исследований характеристик рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в одномодовых оптических волокнах, сохраняющих состояние поляризации. Проанализированы экспериментальные данные для разновидностей таких волокон вида «Panda». Приведены рефлектограммы, полученные с помощью бриллюэновского рефлектометра.

Показаны отличия рефлектограмм при повороте оси участков с оптическим волокном «Panda» на определённый угол.

Анализ результатов экспериментов выявил существенные отличия зависимостей, характерных для оптического волокна с сохранением состояния поляризации от аналогичных зависимостей других разновидностей оптических волокон.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности (проект № 8.9334.2017/8.9).

Ключевые слова: оптическое волокно, сохранение состояния поляризации, «Panda», бриллюэновская рефлектометрия, рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-4-101-106

I. Введение

Оптические волокна (ОВ), сохраняющие состояние поляризации («Panda», «Bow-tie»), нашли применение в случаях, когда необходим контроль состояния поляризации, например, в когерентных коммуникационных системах, в волоконных гироскопах и интерферометрических датчиках [1-3].

Важной задачей ранней диагностики оптических волокон является получение достоверной информации об их физическом состоянии. Своевременное обнаружение «проблемного» участка ОВ (с изгибами, микроизгибами, повышенным механическим натяжением, изменённой температурой и т. п.) позволяет принять необходимые меры по устранению потенциальной неисправности до непоправимых изменений в ОВ.

Простые обычные оптические импульсные рефлектометры не в состоянии решить эту задачу, для этого необходимо применять метод бриллюэновской рефлектометрии [1, 2].

Поскольку ОВ «Panda» могут иметь существенные различия в поведении характеристик СРМБ, представляет особый интерес исследование этих характеристик при различных уровнях мощности вводимого сигнала и изменениях температуры [2-4].

II. Теория

Для обнаружения механически напряженных участков ВОЛС (натяжения ОВ) или участков с изменённой температурой применяются бриллюэновские оптические импульсные рефлектометры (BOTDR - Brillouin optical time-domain reflectometer).

В основу работы BOTDR положен метод бриллюэновской рефлектометрии, основанный на анализе спектра рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (СРМБ) в световоде, которое наблюдается при введении в ОВ излучения повышенной мощности. Компоненты СРМБ имеют частотный сдвиг на величину, пропорциональную натяжению ОВ и его температуре.

Анализируя положение «пиков» СРМБ (fB - бриллюэновский сдвиг частоты - частота максимума СРМБ) в ОВ, можно получить картину распределения натяжений вдоль ОВ, найти их характеристики и проанализировать причины, вызвавшие эти изменения СРМБ [5-8].

Одной из разновидностей волокон с сохранением состояния поляризации является ОВ «Panda», которое сохраняет состояние поляризации введенного в него излучения за счет значительного двулучепреломления. Это двулучепреломление получается из-за анизотропии напряжений, обусловленной структурой ОВ, за счёт введения в заготовку цилиндрических нагружающих элементов из боросиликатного или германосиликатного стекол с двух сторон от сердцевины симметрично вдоль всей длины ОВ [3-5].

III. Постановка задачи

С целью изучения особенностей СРМБ в ОВ «Panda», находящихся под воздействием различных факторов, были проведены экспериментальные исследования с бриллюэновским рефлектометром (BOTDR) «Ando AQ 8603» при содействии ЗАО «Москабель-Фуджикура».

ОВ для исследований были предоставлены Пермским научным центром Уральского отделения РАН и ООО «Инкаб» (г. Пермь).

Диаметр оболочки исследуемых ОВ «Panda» составляет 80.5 мкм, диаметр сердцевины ОВ - 6.4 мкм, диаметр стержня - 17.2 мкм [1, 6].

Исследование поведения СРМБ ОВ различных типов, а также их зависимостей от внешних механических воздействий и температуры, были проанализированы в предшествующих работах [1, 2].

IV. Результаты экспериментов

В первом эксперименте был исследован СРМБ в световоде, который был составлен из ОВ нормализующей катушки (G.652), соединённого сваркой с ОВ «Panda» (диаметр 80 мкм, B = 6.5) и ОВ «Panda» (диаметр 80 мкм, B = 7.5), где B - параметр, характеризующий уровень модового двулучепреломления.

На рис. 1 представлена BOTDR-рефлектограмма, показывающая распределение СРМБ вдоль световода, при комнатной температуре (+25 °С) при отсутствии натяжения.

Рис. 1. BOTDR-рефлектограмма СМРБ световода, содержащего два различных ОВ «Panda»

Места стыков ОВ (сварных соединений) на рис. 1 хорошо заметны по резкому изменению СРМБ. Падение амплитуды в месте стыка ОВ «Panda» связано с поляризационными потерями из-за рассогласования ориентации осей волокон.

На рис. 2 приведена мульти-рефлектограмма (зависимости по длине световода натяжения (Strain), профиля СРМБ, ширины СРМБ (B.S.W) и потерь (Loss)), соответствующая BOTDR-рефлектограмме распределения СРМБ, показанной на рис. 1.

Рис. 2. Мульти-рефлектограмма световода, содержащего два различных ОВ «Panda»

Как видно из рис. 1 и рис. 2, СРМБ у ОВ «Panda» имеет единственный «пик» (максимум, /В), который наблюдается на частоте 10.411 ГГц у ОВ «Panda» с В = 6.5 (рис. 1-рис. 2) и 10.424 ГГц у ОВ «Panda» с В = 7.5 (рис. 3) (у ОВ-в.652/В = 10.84 ГГц [1, 2]).

На рис. 3 построена картина натяжения по длине световода, соответствующая рефлектограммам, представленным на рис. 1 и рис. 2.

Рис. 3. Картина распределения натяжения по длине световода

Соответственно, натяжение ОВ «Panda» составило в среднем -0.86 % (B = 6.5) и -0.83 % (B = 7.5).

При вычислении натяжения за начальный уровень fB0 принимается типичное значение для OB-G.652 (натяжение OB-G.652 составило в среднем 0.02 %).

В следующем эксперименте изменялась ориентация оси участка ОВ «Panda».

Участок ОВ отделялся, выполнялся его поворот на определённый угол относительно исходного ОВ «Panda», и эти участки соединялись сваркой.

На рис. 4 представлена BOTDR-рефлектограмма, показывающая распределение СРМБ вдоль такого световода, при комнатной температуре (+25 °С) при отсутствии натяжения.

Рис. 4. BOTDR-рефлектограмма СМРБ ОВ «Panda» при повороте вокруг оси участка световода

В месте сварки ОВ наблюдается характерное падение амплитуды, связанное с рассогласованием поляризаций участков ОВ «Panda».

На рис. 5 и рис. 6 приведены мульти-рефлектограммы, соответствующие BOTDR-рефлектограмме распределения СРМБ, показанной на рис. 4.

На рис. 5 маркер установлен на исходном участке ОВ «Panda».

Рис. 5. Мульти-рефлектограмма ОВ «Panda» при повороте вокруг оси участка световода. Маркер установлен на исходном участке

На рис. 6 этот маркер перенесён с исходного участка ОВ «РаМа» на участок, который был повёрнут вокруг оси на 45° относительно исходного ОВ.

Рис. 6. Мульти-рефлектограмма ОВ «Panda» с маркером, перенесённым на участок, который был повёрнут вокруг оси относительно исходного ОВ

Очевидно, что максимум СРМБ не изменил своего положения (рис. 4-рис. 6).

В следующих экспериментах некоторые участки аналогичного световода с ОВ «Panda» помещались в камеру нагрева или камеру охлаждения [4, 6].

При изменении температуры от -10 °С до +140 °С в экспериментальных исследованиях бриллюэновский сдвиг частоты (fB) для ОВ «Panda» изменился с 10.39 ГГц до 10.53 ГГц, при этом натяжение ОВ «Panda» изменилось от -0.91 % до -0.64 % (при вычислении натяжения за начальный уровень fB0 принимается значение для OB-G.652 [1, 2]).

Как следует из экспериментов, у ОВ «Panda» температурные зависимости натяжения и fB проходят ниже соответствующих характеристик всех других разновидностей ОВ [1-3].

В работе [2] приведены температурные зависимости относительных изменений fB для различных типов ОВ, сохраняющих состояние поляризации, которые получены в результате экспериментальных исследований СРМБ с помощью других методов.

V. Выводы и заключение

У ОВ различных классов и различных производителей наблюдается отличие профилей СРМБ.

Полученные результаты экспериментов выявили существенные отличия зависимостей в поведении СРМБ и натяжения в ОВ «Panda».

Как следует из экспериментов, у ОВ «Panda» температурные зависимости натяжения и fB проходят ниже соответствующих характеристик всех других разновидностей ОВ [5-8].

Общие тенденции в изменениях СРМБ и натяжения в ОВ «Panda» в зависимости от температуры имеют определённое подобие с другими распространёнными разновидностями оптических волокон [7, 8].

При стыке отрезков ОВ «Panda» следует согласовывать ориентацию ОВ относительно оси сердечника, так как рассогласование ориентации оптических осей приводит к существенным поляризационным потерям.

Источник финансирования. Благодарности

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках базовой части государственного задания в сфере научной деятельности (проект № 8.9334.2017/8.9).

Автор благодарит ЗАО «Москабель-Фуджикура» (г. Москва), Пермский научный центр Уральского отделения РАН и ООО «Инкаб» (г. Пермь) за содействие в проведении экспериментальных исследований.

Список литературы

1. Bogachkov I. V. Research characteristics of the Mandelstam - Brillouin scattering in specialized single-mode optical fibers // 2017 IEEE Conference Dynamics of Systems, Mechanisms and Machines (Dynamics). Omsk, Russia, 14-16 November 2017. DOI: 10.1109/Dynamics.2017.8239436.

2. Bogachkov I. V., Trukhina A. I., Kompaneets O. E. Experimental researches of Mandelstam - Brillouin backscattering features in «Panda» optical fiber // Systems of Signal Synchronization, Generating and Processing in Telecommunications (SINKHR0INF0-2017). Kazan, 2017. P. 1-6.

3. Smirnov A. S., Burdin V. V., Petukhov A. S., Drozdov I. R., Kuz'minykh Ya. S., Besprozvannykh V. G., Konstantinov Yu. // A. Birefringence in anisotropic optical fibres studied by polarised light brillouin reflectometry. Quantum Electronics. 2015. Vol. 45, no 1. P. 66-68.

4. Богачков И. В. Исследования спектра рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в оптическом волокне «Panda» // Современные проблемы телекоммуникаций: материалы Рос. науч.-техн. конф. Новосибирск: Изд-во СибГУТИ, 2017. С. 180-185.

5. Богачков И. В. Изучение особенностей рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в специализированных оптических волокнах // Сб. тр. VII Междунар. конф. по фотонике и информационной оптике. М.: НИЯУ МИФИ, 2018. С. 344-345.

6. Богачков И. В., Трухина А. И., Компанеец О. Е. Экспериментальные исследования особенностей рассеяния Мандельштама - Бриллюэна в оптическом волокне «Panda» // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. М.: Медиа Паблишер, 2017. Т. 8, № 2. С. 23-25.

7. Bogachkov I. V., Trukhina A. I., Gorlov N. I. Research Characteristics of Mandelstam - Brillouin Scatter Spectrum in the Polarization Maintaining Fibers // IEEE 2018 14th International Conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering Proceedings. Novosibirsk, 2018. Vol. 1. P. 198-203.

8. Богачков И. В. Изучение характеристик рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в оптических волокнах «Panda» // Оптическая рефлектометрия - 2018: сб. тез. докл. 2-й Всерос. конф. Пермь, 2018. С. 12-15.

УДК 004.622

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ДАННЫХ ИЗ СЕТИ ИНТЕРНЕТ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТРУКТУРНО-СЕМАНТИЧЕСКОЙ КЛАСТЕРИЗАЦИИ ВЕБ-СТРАНИЦ

DATA EXTRACTION FROM THE INTERNET NETWORK WITH THE USE OF STRUCTURAL-SEMANTIC CLUSTERING OF WEB PAGES

И. В. Вдовин, Р. Ю. Овчинникова

Омский государственный технический университет, г. Омск, Россия

I. V. Vdovin1, R. Y. Ovchinnikova2

Omsk State Technical University, Omsk, Russia

Аннотация. В статье рассматривается проблема извлечения неструктурированных данных из источников в сети Интернет с использованием метода управляемой экстракции данных из веб-страниц. Обосновывается актуальность избранной темы и ее практическая значимость для развития отрасли электронной коммерции. Предлагается методика построения шаблонов для извлечения данных с использованием структурно-семантической кластеризации веб-страниц. Раскрыто содержание и особенности реализации основных этапов методики. Представлены условия реализации и результаты эксперимента по оценке эффективности разработанной методики построения шаблонов. Сформулированы выводы относительно применимости методики для извлечения данных о товарах из веб-страниц интернет-магазинов.

Ключевые слова: извлечение данных, веб-страница, шаблон, кластеризация, интернет-магазин.

DOI: 10.25206/2310-9793-2018-6-4-106-113