СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИНЫ БИЕНИЙ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА НА УЧАСТКЕ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧИ
METHOD OF DETERMINING BEAT OF OPTICAL FIBER ON TRANSMISSION LINE SECTION

Изобретение относится к волоконно-оптической технике связи и может быть использовано для определения распределения длины биений оптического волокна на участке линии передачи, что позволяет оценивать такие характеристики линейного тракта, как длина корреляции, поляризационная модовая дисперсия.
Способы измерения характеристик оптического волокна /1-3/, основанные на рефлектометрическом методе, заключаются в том, что в на ближнем конце в оптическое волокно вводится оптический зондирующий сигнал, в качестве которого используется непрерывное оптическое излучение лазера, модулированное псевдослучайной последовательностью импульсов, на ближнем конце принимается оптическое излучение обратного релеевского рассеяния, принятый сигнал демодулируется, и по полученной характеристике обратного рассеяния определяются искомые характеристики оптического волокна. Допустимая мощность лазеров непрерывного излучения, вводимая в оптическое волокно, ограничена уровнями лазерного пробоя. Стоимость мощных лазеров непрерывного излучения, работающих в рабочем диапазоне кварцевых оптических волокон, велика. Как следствие, протяженность участков, контролируемых с помощью системы ROSE (Rayleigh Optical Scattering and Encoding), реализующей подобные способы, на практике мала (порядка 5 км).
Известен рефлектометрический способ локализации участков волоконно-оптической линии передачи с повышенными значениями поляризационной модовой дисперсии /4/, основанный на измерении степени деполяризации DOP (Degree of polarization). Данный способ не позволяет измерять длину биений.
Известен способ измерения характеристик линейного тракта оптической линии передачи /5, 6/, в частности длины биений оптического волокна, заключающийся в том, что на ближнем конце волоконно-оптической линии передачи в оптическое волокно вводят последовательность оптических зондирующих импульсов с длительностью не более половины интервала времени распространения оптического импульса на участке, протяженность которого равна длине биений, поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного релеевского рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения, на выходе которого принимают мощность оптического излучения одной поляризации и измеряют характеристику обратного рассеяния, разбивают ее на элементарные участки и определяют длину биений на каждом элементарном участке как половину периода изменений характеристики. Данный способ для измерения длины биений типичных ступенчатых одномодовых оптических волокон требует длительности зондирующих импульсов менее 10…20 нс. Для измерений длины биений оптических волокон с большими значениями поляризационной модовой дисперсии длительность зондирующих импульсов должна быть еще меньше. Как известно, энергия импульса пропорциональна его длительности. Как следствие, при малой длительности импульсов динамический диапазон оптического рефлектометра невелик. Соответственно требования, которые предъявляет данный способ к длительности зондирующих импульсов, ограничивают динамический диапазон оптического рефлектометра и не позволяют реализовать измерения длины биений на линиях передачи даже относительно небольшой протяженности - 30…50 км.
Известен способ определения длины биений оптического волокна на участке линии передачи /7/, заключающийся в том, что на ближнем конце волоконно-оптической линии передачи в оптическое волокно вводят последовательность оптических зондирующих импульсов, длительность которых в несколько раз больше времени распространения импульсов на длине биений, поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного релеевского рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения, на выходе которого принимают мощность оптического излучения одной поляризации, измеряют характеристику обратного рассеяния, преобразуют измеренную характеристику обратного рассеяния так, что подавляют искажения, обусловленные формой и конечной длительностью зондирующих импульсов, выделяют периодическую составляющую, которую затем разбивают на элементарные участки, и определяют длину биений на каждом элементарном участке как половину периода этой составляющей. Известно /8/, что при увеличении длительности зондирующего импульса проявляется зависимость амплитуды переменной составляющей сигнала обратного рассеяния от длительности зондирующего импульса и длины биений волокна, а при прямоугольной форме зондирующих импульсов амплитуда переменной составляющей сигнала обратного рассеяния, модулированного с периодом, кратным длине биений, пропорциональна величине:
0
g
B
g
0
B
где T - длительность зондирующего импульса; ν - групповая скорость; L - длина биений. Очевидно, что при 0,5·ν·T/L⇒n·π, где n=1,2,3…, амплитуда переменной составляющей сигнала обратного рассеяния стремится к нулю и выделить эту переменную составляющую сигнала на фоне помех практически невозможно. Причем отношение сигнал/помеха ухудшается еще больше при малых значения длины биений. Учитывая случайный характер изменений длины биений, это приводит к существенным ошибкам оценок среднего значения длины биений на элементарном участке.
Сущностью предлагаемого изобретения является снижение погрешности измерений длины биений.
0
B
g
0 max
0 min
BT
BT
Эта сущность достигается тем, что способ определения длины биений оптического волокна на участке линии передачи, заключающийся в том, что на ближнем конце волоконно-оптической линии передачи в оптическое волокно вводят последовательность оптических зондирующих импульсов, длительность которых больше, чем время его распространения на длине биений, поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного релеевского рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения, на выходе которого принимают мощность оптического излучения одной поляризации, измеряют характеристику обратного рассеяния, выделяют переменную составляющую этой характеристики обратного рассеяния, которую разбивают на элементарные участки и определяют оценку среднего значения длины биений на каждом элементарном участке  как половину периода изменений переменной составляющей характеристики вдоль волокна, отличается тем, что длительность зондирующего импульса Т линейно изменяют с заданным шагом, обеспечивая при этом выполнение условий  и , где L - длина биений, ν - групповая скорость распространения оптических импульсов в волокне,  - среднее значение длительности зондирующего импульса, а T и T - ее максимальное и минимальное значение соответственно, многократно измеряют и запоминают характеристику обратного рассеяния для каждого из значений длительности зондирующего импульса, для каждого фиксированного отсчета координаты z вдоль волокна определяют оценку длины биений L как удвоенный период изменений переменной составляющей характеристики в зависимости от длительности зондирующего импульса, определяют погрешность оценок как разность  и определяют длину биений, принимая ее равной оценкам L для отсчетов z, при которых оценки погрешности не превышают заданного порога.
На чертеже представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.
Устройство содержит генератор зондирующих импульсов 1, выход которого подключен ко входу источника оптического излучения 2 (лазер), выход которого через оптический разветвитель 3 подключен на ближнем конце линии передачи к оптическому волокну 4. На ближнем конце линии передачи оптическое волокно 4 через оптический разветивитель 3 подключено ко входу анализатора поляризации оптического излучения 5, выход которого подключен ко входу фотоприемника 6. Выход фотоприемника 6 соединен со входом блока обработки 7, а выход блока обработки 7 соединен со входом блока отображения 8. При этом второй выход генератора зондирующих импульсов 1 соединен со вторым входом блока обработки 7.
B
g
0 max
0 min
BT
BT
Устройство работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает последовательность зондирующих импульсов, длительность которых периодически с заданным шагом линейно изменяется от  до  и удовлетворяет условиям  и , где L - длина биений, ν - групповая скорость распространения оптических импульсов в волокне,  - среднее значение длительности зондирующего импульса, а T и T - ее максимальное и минимальное значение соответственно. От генератора зондирующих импульсов 1 эта последовательность зондирующих импульсов поступает на вход источника оптического излучения 2, с выхода которого оптические зондирующие импульсы через оптический разветвитель 3 поступают на ближнем конце лини передачи в оптическое волокно 4. На ближнем конце линии передачи сигнал обратного релеевского рассеяния из оптического волокна 4 через оптический разветвитель 3 поступает на вход анализатора поляризации оптического излучения 5, с выхода которого оптическое излучение обратного релеевского рассеяния одной поляризации поступает на вход фотоприемника 6, где преобразуется в электрический сигнал, который с выхода фотоприемника 6 поступает на вход блока обработки 7. При этом зондирующие импульсы со второго выхода генератора 1 поступают на второй вход блока обработки 7, обеспечивая синхронизацию, что позволяет измерить зависимость мощности обратного рассеяния от времени - характеристику обратного рассеяния. В блоке обработки 7 измеренные для каждого из значений зондирующего импульса характеристики обратного рассеяния запоминают. Для каждого фиксированного отсчета координаты z вдоль волокна определяют оценку длины биений L как удвоенный период изменений переменной составляющей характеристики в зависимости от длительности зондирующего импульса, определяют погрешность оценок как разность  и определяют длину биений, принимая ее равной оценкам L, для отсчетов z, при которых оценки погрешности не превышают заданного порога. Распределение длины биений по элементарным участкам выводится на дисплее устройства отображения 8.
Длина биений изменяется вдоль линии. Для фиксированного значения координаты длина биений, измеряемая в идентичных условиях, принимает определенное значение. Соответственно период колебаний зависимости от длительности зондирующего импульса может быть определен с существенно меньшей погрешностью, чем период колебаний вдоль длины линии. Снижение погрешностей также обеспечивается за счет их оценивания путем сопоставления результатов, полученных по зависимости от длительности зондирующего импульса и по изменению характеристики обратного рассеяния вдоль линии. Поскольку длина биений меняется вдоль волокна, по изменениям характеристик обратного рассеяния вдоль линии определяют среднее значение длины биений на некотором участке линии. При определении длины биений по зависимости от длительности зондирующего импульса оценки длины биений получают для отсчетов координаты вдоль линии. Как следствие, снижается погрешность измерений длины биений и улучшается разрешающая способность.
ЛИТЕРАТУРА
1. Патент US 2006/028636 A1.
2. Патент US 2006/028637 A1.
3. Патент US 2006/066839 A1.
4. Патент US 2003/174312 Al.
5. Патент WO 2005/041449 Al.
6. Galtarossa A., Menyuk С.R. Polarization mode dispersion. - Springer, 2005. - 296 с.
7. Патент RU 2325037 C2.
8. Jasenek J. The use of Polarization Optical Time-Domain Reflectometry for the birefringence distribution measurement along the SM optical fiber. - 12th International Scientific Conference "Radioelectronics 2002": Bratislava, Slovak Republic, 14. - 16.5, 2002, pp.234-238.