Метод обрыва

Для измерений отбирают отрезки ВС (ОК) с известной длиной L. Необходимо помнить, что погрешность определения коэффициента затухания увеличивается при уменьшении длины ВС. Измеряемый ВС (ОК) выдерживают в нормальных климатических условиях не менее 3 ч. (ГОСТ 20.57.408-81). В соответствии с ГОСТ 26814-86 для подготовки образцов необходимо:

- оба конца измеряемых ВС освободить от защитных покрытий, входной на расстоянии не менее 1 м, выходной на расстоянии не менее 0,5 м;

- концы каждого ВС освободить на длине 10-50 мм от первичных и вторичных защитных покрытий (оболочек);

- торцевые поверхности ВС на обоих концах ОК обработать так, чтобы они были ровными, перпендикулярными оси ВС и не имели сколов и трещин.

Перпендикулярность сколов и отсутствие дефектов определяют под микроскопом с увеличением не менее ґ 20.

Упрощенная схема установки для измерения по методу обрыва представлена на рис. 3.10. Источник излучения (ИИ) через смеситель мод (СМ), фильтр оболочечных мод (ФОМ) и устройство ввода (УВ) освещает входной торец ВС. Прошедшее ВС излучение поступает на фотоприемник (ФП), электрический сигнал с которого поступает на регистрирующий прибор (РП).

Рис. 3.10 - Схема установки для проведения измерения по методу обрыва

Измерение проводится следующим образом. С помощью УВ проводят юстировку входного торца измеряемого ВС по максимуму сигнала на входе ФП. Фиксируют положение входного торца и регистрируют значение выходного сигнала P₁.

Не изменяя положения ВС в устройстве ввода, от выходного конца измеряемого ВС обламывают отрезок длиной 0.5–3 см. Вновь обрабатывают выходной торец ВС и повторяют измерение P₁. Количество измерений определяют исходя из допустимой случайной погрешности измерения S_dp, но не менее трех раз. Эта процедура позволяет исключить грубые ошибки из-за плохого состояния выходного конца исследуемого ВС.

Не изменяя положения ВС в устройстве ввода, обламывают измеряемый ВС после ФОМ на расстоянии 1± 0,2 м от входного торца. Подготавливают (обрабатывают) выходной конец короткого отрезка ВС. Регистрируют мощность излучения, выходящего из короткого ВС P₂. Повторяют измерения для исключения грубых погрешностей.

Результаты измерений оформляются протоколом, в котором указывают:

· результаты измерения затухания и коэффициента затухания в каждом ВС;

· длину волны и спектральную ширину источника излучения;

· марку и длину оптического кабеля;

· тип, заводские номера и дату поверки (аттестации) использованного оборудования;

· погрешность результата измерения при выбранной доверительной информации.

Главным достоинством измерения затухания методом обрыва является исключение (значительное уменьшение) погрешности от неопределенности уровня введенной в ВС мощности.

В качестве ИИ для измерения затухания на одной длине волны могут использоваться светодиоды, полупроводниковые лазеры, а для измерений затухания в широком спектре длин волн - лампы накаливания или газоразрядные в сочетании с монохроматором. К источникам излучения предъявляется ряд требований.

1. Мощность излучения, которую можно ввести в ВС, должна быть достаточно большой, так как с увеличением мощности возрастает динамический диапазон измерения полного затухания.

2. Источник должен иметь строго определенную и стабильную длину волны и узкую полосу излучаемых длин волн. Это обеспечивает единство измерений разными приборами;

3. Средняя мощность излучения и длина волны источника должны мало зависеть от времени и окружающей температуры. Для уменьшения этой зависимости используют системы стабилизации температуры излучателя и стабилизации выходной мощности.

В многомодовых ВС затухания различных мод отличаются. Обычно моды более высокого порядка, которые проходят по ВС больший путь, имеют большее затухание. Измерению обычно подлежит некоторое среднее затухание, обусловленное всеми возможными модами. В связи с различными затуханиями мод измеренная величина затухания зависит от распределения энергии проходящего излучения между различными модами. Для обеспечения единства измерений на одних и тех же многомодовых ВС необходимо обеспечить во всем исследуемом ВС так называемое равновесное распределение мод (РРМ), которое обычно устанавливается в ВС при любых условиях ввода через расстояние, равное длине установления L_уст, которое для разных ВС может составлять от сотен метров до нескольких километров. Это особенно важно при определении коэффициента затухания на малых (меньше 1 км) длинах ВС.

Для формирования РРМ могут использоваться дополнительные ВС с длиной L>L_уст или специальные смесители мод (СМ).

При измерении коэффициента затухания a на коротких участках ВС возникает также погрешность за счет мод оболочки, вытекающих мод. Эта погрешность может быть особенно существенной для одномодовых ВС. Моды оболочки возникают, если источник излучения имеет излучающую площадку, превышающую размеры сердцевины ВС, и если ширина диаграммы направленности источника превышает апертурный угол ВС. Оболочечные моды, хотя и имеют значительно больший коэффициент затухания по сравнению с модами сердцевины (модами распространения), тем не менее, способны распространяться на большие расстояния. При измерении мощности источника излучения через короткий ВС, например поводок, приемник зарегистрирует оболочечные моды. Так как это излучение фактически постороннее при измерении коэффициента затухания (регистрации подлежат только направляемые моды), то возникает погрешность измерения коэффициента затухания. Эта погрешность может иметь очень большую величину в одномодовых ВС. В одномодовых ВС можно бороться с ней с помощью объектива (Об), формирующего увеличенное изображение торца ВС, и установки в плоскости изображения полевой диафрагмы (ПД), отсекающей оболочечные моды, перед приемной площадкой ФП (рис. 3.11, а).

Чаще для борьбы с оболочечными модами используют фильтр оболочечных мод (ФОМ) (рис. 3.11, б), который обычно представляет собой отрезок ВС, освобожденный от защитных покрытий, сложенный петлей (изогнутый) радиусом порядка 10 см и помещенный в кювету с иммерсионной жидкостью, смачивающей оптическую оболочку ВС на длине 5–10 см. Иммерсионная жидкость должна иметь показатель преломления n_i = n₂ , где n₂ – показатель преломления оболочки. Тогда оболочечные моды без отражения на границе оболочка-жидкость будут переходить в жидкость, поглощаться и рассеиваться в ней.

О серийном изготовлении смесителей мод и фильтров мод оболочки для измерений по методу обрыва нет информации. Их надо изготавливать самостоятельно.

Рис. 3.11 - Способы подавления оболочечных мод