Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра Телекоммуникационных Систем

 

Направляющие системы электросвязи

Методические указания к  выполнению лабораторных работ 
для студентов специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

Алматы 2013

СОСТАВИТЕЛИ: М.З.Якубова, Е.Ю. Елизарова, Б.М. Якубов. Направляющие системы электросвязи. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. – Алматы: АУЭС, 2013. – 45с.

 

Методические указания, содержащие общие сведения о выполнении лабораторных работ, их оформлении и защите.

В работе приводятся описания установки измерительной аппаратуры. Перед проведением лабораторной работы студент должен повторить разделы, необходимые для подготовки к работе. В каждой работе приведены функциональные блок-схемы лабораторных установок, приведены контрольные вопросы, представлен список литературы.

Методические указания предназначены для студентов, обучающихся в бакалавриате по специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Ил. 14, табл. 9, библиогр. – 6 назв.

 

Рецензент: канд.техн.наук. проф. А.С. Байкенов

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013 г.

 

 

© НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.

1 Лабораторная работа №1. «Исследование характеристик разъемных соединителей»

 

Цель работы:

- получить навыки работы с оптическим тестером «Топаз-3000»;

-научиться определять  затухание, вносимое соединением торцов двух световодов в оптической розетке в зависимости от величины их числовой апертуры.

 

1.1   Предварительная подготовка

 

Изучить теоретический материал по теме: « Затухание в разъемных и неразъемных соединениях».  [4,6]. Изучить инструкцию к измерительному прибору «Топаз-3000». Подготовить шаблон отчета для выполнения лабораторной работы.

 

Теоретические сведения

На каждом узле оптической сети связи должна обеспечиваться возможность подключения световодов оптического кабеля к элементам оптической схемы. Обычно для этого используют разъемные соединения. Удобство подключения световодов к элементам оптической схемы  достигается использованием коммутационных коробок, панелей, распределительных шкафов и кроссов.  В них размещаются оптические розетки и элементы крепления оптических кабелей. Световоды волоконного кабеля снабжаются оптическими разъемами (коннекторами), с помощью которых и производятся необходимые коммутации.

В настоящее время существует более десятка типов оптических  коннекторов (разъемов), которые отличаются друг от друга типом соединителей и способом их фиксации. Наиболее распространенными являются коннекторы следующих типов (см. рисунок 1):    

Рисунок 1- Оптические коннекторы

-FC, имеющий цилиндрическую форму и резьбовое крепление;

-SC, имеющий прямоугольную форму и крепление в виде защелки с фиксатором типа push – pull.

Волоконные шнуры, используемые для соединения элементов оптической схемы между собой, снабжаются такими коннекторами и имеют длину 1-3 метра. На концах соединительного шнура размещаются однотипные коннекторы (FC-FC, SC-SC). Если требуется соединить между собой элементы с различными типами корпусов, в которые помещены центрующие элементы, используются переходные волоконные шнуры. На их концах устанавливаются коннекторы различных типов (FC-SC).

Для обеспечения соединений оконцованных волоконных шнуров с различными типами коннекоторов разработаны соответствующие розетки. Их корпуса рассчитаны на крепление двух стыкуемых волоконных шнуров с определенным типом коннекторов. На рисунке 2 показан внешний вид розеток типа FC-FC, SC-SC. Для соединения волоконных шнуров, снабженных коннекторами различных типов, используются переходные розетки типа SC.

            Рисунок 2- Внешний вид розеток типа FC-FC, SC-SC

 

1.2 Задание к выполнению лабораторной работы

 

1.2.1 Взять у преподавателя комплект оборудования: источник излучения, волоконные шнуры с определенным типом коннекторов, измеритель оптической мощности «Топаз-3000».

1.2.2 Подготовить прибор «Топаз-3000» для измерения затухания в пассивных и активных компонентах.

1.2.2 Собрать схему лабораторной установки (см. рисунок 3).

 

1.3 Порядок выполнения работы

 

Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки. Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера необходимо отвернуть защитный колпачок с торца  его коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

     

Рисунок 3-Схема лабораторной  установки

 

          1. Установите органы управления электронного блока «Блок питания излучателя» в исходное положение:

          -ручку потенциометра «регулировка» – в крайнее положение против часовой стрелки;

-кнопочный переключатель «режим» - в положение «мощность», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью;

-включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка.

При данном положении органов управления электронный блок обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «регулировка». На цифровом табло отображаются показания, пропорциональные фототоку встроенного в лазерный модуль контрольного фотодиода.

2. Проверьте работоспособность лазера. Для этого поверните по часовой стрелке ручку потенциометра «регулировка». Показания на цифровом табло должны увеличиваться, что свидетельствует об исправности лазера.

3. Установите кнопочный переключатель «режим» в положение «ток», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью. При этом на цифровом табло отображается значение тока, протекающего через лазерный диод (ток накачки).

4. С помощью одномодового шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с входом оптического тестера .

5. Включите оптический тестер и переведите его в режим измерения абсолютных значений, мощности  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Установите тестер в режим измерений на длине волны 1,3 мкм, нажимая кнопку λ на его лицевой панели. При необходимости используйте описание прибора. 

6. Установите с помощью потенциометра «регулировка» электронного блока «Блок питания излучателя» величину оптической мощности в районе 0,5 мА по прибору. Зафиксируйте это значение в соответствующей графе таблицы 1. При дальнейших измерениях величина оптической мощности  не должна  изменяться.

 

Т а б л и ц а 1 - Затухания в линии, вызванные стыковкой световодов различных типов

 

Р (дБ)	SM-SM (дБ)	SM-МM (дБ)
Р SM=
	МM-МM (дБ)	МM-SM (дБ)
Р МM=

 

7. Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению мощности, нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. При этом уровень оптической мощности, поступающий на вход прибора, принимается за нулевой (- 75дБ=0). На его дисплее появляется значение примерно=- 45 дБ.

8. С помощью одномодового шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с соединительной оптической розеткой FC-UPC-SM, расположенной на штативе (см. рисунок 3). Противоположную часть оптической розетки с помощью одномодового  шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините с входом оптического тестера. На его дисплее появляется значение затухания в линии, соответствующее соединению двух одномодовых световодов, имеющих одинаковое значение числовой апертуры, выраженное в дБ. Занесите это значение в таблицу 1 в графу SM-SM (стыковка двух одномодовых световодов).

9. Замените оптический шнур FC/UPC-FC/UPC, соединяющий вход оптического тестера и оптическую розетку на многомодовый (FC/PC-FC/PC, оранжевый цвет защитной оболочки). Отметьте по дисплею оптического тестера затухание (п.7), соответствующее соединению одномодового и многомодового световода.

Внимание! В этом случае анализируется соединение двух световодов с различным значением числовой апертуры. В реальной линии соединение одномодовых и многомодовых световодов используется только в исключительных случаях. 

Потери в соединении обусловлены различием  в величинах их числовых апертур. Занесите измеренное значение в графу SM-MM     таблицы 1.

10. Отсоедините волоконный шнур FC/UPC-FC/UPC, соединяющий «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с оптической розеткой.

11.  Отсоедините волоконный шнур FC/PC-FC/PC от входа оптического тестера.

12. С помощью многомодового шнура FC/PC-FC/PC (оранжевый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с входом оптического тестера. При этом уровень оптической мощности, поступающий по волоконному шнуру на его выходной коннектор, изменится из-за изменения условий соединения между одномодовым световодом лазерного диода (он находится внутри электронного блока) и многомодовым световодом.

13. Переведите оптический тестер в режим измерения абсолютных значений мощности,  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Повторите действия, предусмотренные пунктами 6 и 7.

14. С помощью многомодового шнура FC/PC-FC/PC (оранжевый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с соединительной оптической розеткой FC-FC/UPC. Противоположную часть оптической розетки с помощью многомодового  шнура (оранжевый цвет защитной оболочки) соедините с входом оптического тестера. На его дисплее появляется значение затухания в линии, соответствующее соединению двух одномодовых световодов, имеющих одинаковое значение числовой апертуры, выраженное в дБ. Занесите это значение в таблицу 2 в графу МM-МM (стыковка двух многомодовых световодов).

15. Замените оптический шнур, соединяющий вход оптического тестера и оптическую розетку на одномодовый (FC/UPC-FC/UPC, желтый цвет защитной оболочки). Отметьте по дисплею оптического тестера затухание, соответствующее соединению одномодового и многомодового световода.

Внимание! В этом случае анализируется соединение двух световодов с различным значением числовой апертуры. В реальной линии соединение многомодовых и одномодовых световодов используется только в исключительных случаях. 

Потери в соединении обусловлены различием  в величинах их числовых апертур. Занесите измеренное значение в графу MM - SM   таблицы 1.

16. Отсоедините волоконный шнур, соединяющий «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с оптической розеткой.

17. Отсоедините волоконный шнур, соединяющий вход оптического тестера  с оптической розеткой.

18. Повторите все измерения для соединительных и переходных розеток других типов: C/UPC-SC/UPC,  FC/UPC-SG/UPC (по указанию преподавателя). Для соединения элементов следует использовать соответствующие волоконные соединительные или переходные шнуры (FC/UPC-FC/UPC, FC/PC-FC/PC, FC/UPC-SC/UPC, FC/PC-SC/PC).

 

1.4 Выводы по работе

 

Сравнить все результаты измерений и выбрать соединительную розетку с наименьшими потерями.

Объяснить потери, возникающие при соединении оптических волокон разных диаметров.

 

1.5   Контрольные вопросы

 

1.    Дать определение затуханию.

2.   Назвать основные типы потерь.

3.    Какие соединения называются разъемными?

4.    Назовите пассивные оптические компоненты.

5.    Назовите типы и конструкции разъемных соединений.

6.    Допустимые потери на соединении.

7.    Допустимые потери при соединение многомодового и одномодового  оптического волокна.

8.    Где используются разъемные соединения?

 

2 Лабораторная работа № 2. «Исследование характеристик аттенюаторов»

 

Цель работы:

-получить  навыки  работы с измерителем оптической мощности «Топаз»;

-изучить конструкцию и разновидности аттенюаторов;

-научиться измерять затухание, вносимое постоянным аттенюатором на основе оптической розетки для многомодовых и одномодовых световодов;

-научиться измерять затухание, вносимое переменным аттенюатором на основе оптической розетки для многомодовых и одномодовых световодов.

-научиться производить  градуировку переменного аттенюатора.

 

2.1 Предварительная подготовка

 

Изучить теоретический материал по теме: « Пассивные оптические компоненты»  [4,6].

 

Теоретические сведения

Кроме рассмотренных выше разъемных соединений, наиболее часто в оптических системах связи с прямым детектированием оптического сигнала используются фиксированные и перестраиваемые аттенюаторы, которые применяются для согласования уровней сигналов от различных оптических источников перед объединением их в одном световоде для передачи по линии. Эти элементы могут изготавливается на основе оптической розетки или оптического коннектора. Конструкция центрующего элемента такой розетки обеспечивает наличие фиксированного или регулируемого воздушного зазора S между   наконечниками стыкуемых световодов (см. рисунок 4). Величина зазора и определяет вносимое аттенюатором затухание.

         

Рисунок 4- Переменный аттенюатор на основе оптической      розетки    FC-FC

На рисунке 4 приведен эскиз переменного аттенюатора на основе оптической розетки    FC-FC.    Регулировка      вносимого     затухания     α осуществляется с помощью вращения фигурной гайки 1 (см.рисунок 4), а контроль – помощью оптического тестера. Контргайка 2 фиксирует положение регулировочной, что исключает возможность изменения выбранного затухания в результате случайных механических воздействий. Крепление аттенюатора осуществляется через отверстия 3.

В лабораторном макете контргайка 2 неподвижно закреплена, что позволяет без дополнительных приспособлений осуществлять вращение регулировочной гайки 1 и изменять вносимое затухание. Для исключения повреждения переменного аттенюатора не следует устанавливать значение затухания менее  дБ и более  дБ.

 

2.2 Задание к выполнению лабораторной работы

 

2.2.1 Взять у преподавателя комплект оборудования: источник излучения, волоконные шнуры с определенным типом коннекторов, измеритель оптической мощности «Топаз-3000».

2.2.2 Подготовить прибор «Топаз-3000» для измерения затухания в пассивных компонентах.

2.2.2 Собрать схему лабораторной установки.

 

2.3 Порядок выполнения работы

 

Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки. Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера необходимо отвернуть защитный колпачок с торца  его коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

         

1. Установите органы управления электронного блока «Блок питания излучателя» в исходное положение:

-ручку потенциометра «регулировка»– в крайнее положение против часовой стрелки;

-кнопочный переключатель «режим» - в положение «мощность», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью;

-включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка.

При данном положении органов управления электронный блок обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «регулировка». На цифровом табло отображаются показания, пропорциональные фототоку встроенного в лазерный модуль контрольного фотодиода.

2. Проверьте работоспособность лазера. Для этого поверните по часовой стрелке ручку потенциометра «регулировка». Показания на цифровом табло должны увеличиваться, что свидетельствует об исправности лазера.

3. Установите кнопочный переключатель «режим» в положение «ток», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью. При этом на цифровом табло отображается значение тока, протекающего через лазерный диод (ток накачки).

4. С помощью одномодового шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с входом оптического тестера.

5. Включите оптический тестер и переведите его в режим измерения абсолютных значений мощности,  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Установите тестер в режим измерений на длине волны 1,3 мкм, нажимая кнопку λ на его лицевой панели. При необходимости используйте описание прибора. 

6. Установите с помощью потенциометра «регулировка» электронного блока «Блок питания излучателя» величину оптической мощности в районе 0,5 мА. Зафиксируйте это значение в соответствующей графе таблицы 2. При дальнейших измерениях это значение не должно изменяться.

7. Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению мощности, нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. При этом уровень оптической мощности, поступающий на вход прибора, принимается за нулевой (- 75дБ=0). На его дисплее появляется значение примерно = -45 дБ.

 

Т а б л и ц а  2- Ослабление аттенюатора

	Ступенчатый аттенюатор	Розетка аттенюатор
Раб (дБ)	SM-SM (дБ)	SM-SM (дБ)
Раб (дБ)	МM-МM (дБ)	МM-МM (дБ)

 

8. Произведите измерение ослабления, вносимого в линию фиксированным аттенюатором - розеткой для одномодового волокна FC/SM. Аттенюатор расположен на плате. Для этого выполните следующие действия.

8.1 Отсоедините оптический разъем волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC от  входа оптического тестера  и соедините его с аттенюатором - розеткой.

8.2 Второй выход аттенюатора - розетки соедините с помощью одномодового волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) со входом оптического тестера.

8.3 Занесите в графу SМ-SМ таблицы 2 значение ослабления, которое вносит аттенюатор в одномодовую линию. Величина этого ослабления считывается с дисплея оптического тестера.

8.4 Отсоедините оптические одномодовые шнуры от всех используемых элементов.

8.5 Соедините «оптический выход» электронного блока и вход оптического тестера с помощью многомодового шнура FC/PC-FC/PC. При этом уровень оптической мощности, поступающий по волоконному шнуру на его выходной коннектор, изменится из-за изменения условий соединения между одномодовым световодом лазерного диода (он находится внутри электронного блока) и многомодовым световодом.

8.6 Выполните действия, предусмотренные пунктами 4 – 8.3. Результаты занести в таблицу 2.

9. Произведите измерение ослабления, вносимого в линию фиксированным аттенюатором - розеткой для многомодового волокна FC/МM.

10.  Произвести измерение ослабления, вносимого в линию перемен-ным аттенюатором. Значение этого ослабления так же, как и в предыдущем случае, различно при использовании его в одномодовой и многомодовой волоконной линии. Выполните следующие действия.

10.1 Выполните действия, предусмотренные пунктами 4 – 7.

10.2 Отсоединие оптический разъем волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC от  входа оптического тестера  и соедините его с переменным аттенюатором - розеткой.

10.3 Второй выход переменного аттенюатора - розетки соедините с помощью одномодового волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) со входом оптического тестера.

10.4 Переменный  аттенюатор   выполнен на базе оптической одномодовой розетки FC-FC. Изменение вносимого им затухания осуществляется за счет продольной расстыковки торцов световодов, подсоединенных к нему. Расстыковка осуществляется за счет вращения внешней гайки на его корпусе. Вращение по часовой стрелке увеличивает вносимое затухание, против – уменьшает. Для фиксации установленного затухания служит контргайка, расположенная ближе к корпусу. В данной лабораторной установке контргайка постоянно находится  в положении, исключающем фиксацию регулировочной. Это сделано для удобства проведения измерений. Для изменения затухания следует производить вращение крайней гайки. Все регулировки следует производить с особой аккуратностью, чтобы исключить поломку механических узлов. Вращая регулировочную гайку против часовой стрелки, установить затухание вносимое аттенюатором, α = дБ, фиксируя его по дисплею оптического тестера. Данное значение занести в первую графу таблицы 2.

10.5 Произвести градуировку аттенюатора, фиксируя вносимое им ослабление, соответствующее N полных оборотов вокруг оси регулировочной гайки. Величина этого ослабления считывается с дисплея оптического тестера. Начало отсчета оборотов соответствует затуханию  дБ (N=0). Закончить измерения при достижении значения затухания  дБ. Данные измерений занести в таблицу 3.

10.6 Отсоедините оптические одномодовые шнуры от всех используемых элементов. Соедините выход электронного блока и вход оптического тестера с помощью многомодового шнура. Переключив режим измерений оптического тестера в положение дБ, с помощью потенциометра «регулировка» установите величину оптической мощности, соответствующую предыдущим измерениям и зафиксированную в таблице 3.

Все измерения повторить для многомодового шнура п 10.

 

Т а б л и ц а  3 - Градуировка переменного аттенюатора. Величина оптической мощности на входе Р_абSM =        дБ; Р_абMM =        дБ

N (оборотов)	0	1	2	3	4	5	6
Одномодовый кабель
Многомодовый кабель

 

 

 2.4 Выводы по работе

 

Сравнить все результаты измерений и сделать выводы, в каком случае затухание в аттенюаторе будет меньше: -  при использовании одномодового шнура или многомодового? Почему?

 

 

2.5 Контрольные вопросы

 

1.    Дать определение аттенюатору.

2.    Объяснить принцип работы аттенюатора.

3.    Где используют аттенюаторы?

4.    Разновидности аттенюаторов.

5.    Допустимые вносимые потери.

6.    В чём отличие переменного от ступенчатого аттенюатора?

7.    Как произвести градуировку аттенюатора?

8.    Какой диапазон затухания дает переменный аттенюатор?

 

 

3 Лабораторная работа № 3. «Моделирование процесса  поиска неисправности оптической линии связи с помощью оптического тестера»

 

Цель работы:

- получить навыки работы с измерителем оптической мощности «Топаз-3000» при обнаружении обрыва в волоконно-оптической линии связи.

 

3.1 Предварительная подготовка

 

Изучить теоретический материал по теме: « Затухание в неразъемных соединениях»  [4,6].

 

Теоретические сведения

При прокладке волоконно-оптических линий возникает техническая задача соединения волоконных световодов, образующих линию связи, между собой. Различают разъемные и неразъемные соединения. Последние выполняются с помощью сварки (термического соединения волоконных световодов).

          Обычно длина оптической линии составляет десятки километров и превышает строительную длину отрезка волоконно-оптического кабеля, составляющую, как правило, 10 км. Поэтому при прокладке кабеля приходится соединять между собой световоды отрезков кабелей, относящихся к  различным строительным длинам. Это соединение производится с помощью сварки [ 1, 2 ]. После сваривания двух световодов место сварки защищается от механических воздействий и проникновения влаги с помощью термоусадочных трубок. Последние закрепляются в специальной кассете (сплайс-пластине), фиксирующей трубки в специальных канавках. Сплайс-пластина  совместно с разделанными световодами соединяемых кабелей размещается в соединительной муфте. Именно она и обеспечивает на длительный срок основную защиту сваренных световодов от механических и климатических воздействий. В зависимости от способа прокладки кабеля (в грунт, на дне водоемов, путем подвески на опоры линии электропередач), используются различные типы муфт. Общими для всех них является наличие сплайс-пластины и требование наличия запаса по длине разделанных участков соединяемых световодов. Последнее необходимо для обеспечения возможности повторной сварки отдельных световодов при ее неудовлетворительном качестве.

 

3.2 Задание к выполнению лабораторной работы

 

3.2.1 Взять у преподавателя комплект оборудования: источник излучения, волоконные шнуры с определенным типом коннекторов, измеритель оптической мощности «Топаз-3000».

3.2.2  Подготовить прибор «Топаз-3000» для измерения затухания в пассивных и активных компонентах.

3.2.2  Собрать схему лабораторной установки (см.  рисунок 5).

 

3.3 Порядок выполнения работы

 

Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки. Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера «Топаз-3000» необходимо отвернуть защитный колпачок с торца  его коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

 

Рисунок 5 -Схема лабораторной установки

 

1. Установите органы управления электронного блока «Блок питания излучателя» в исходное положение:

-ручку потенциометра «регулировка»– в крайнее положение против часовой стрелки;

-кнопочный переключатель «режим» - в положение «мощность», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью;

-включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка.

При данном положении органов управления электронный блок обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «регулировка». На цифровом табло отображаются показания, пропорциональные фототоку встроенного в лазерный модуль контрольного фотодиода.

2. Проверьте работоспособность лазера. Для этого поверните по часовой стрелке ручку потенциометра «регулировка». Показания на цифровом табло должны увеличиваться, что свидетельствует об исправности лазера.

3. Установите кнопочный переключатель «режим» в положение «ток», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью. При этом на цифровом табло отображается значение тока, протекающего через лазерный диод (ток накачки).

4. С помощью одномодового шнура  FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с входом оптического тестера «Топаз».

5. Включите оптический тестер  и переведите его в режим измерения абсолютных значений мощности,  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Установите тестер в режим измерений на длине волны 1,3 мкм, нажимая кнопку λ на его лицевой панели. 

6. Установите с помощью потенциометра «регулировка» электронного блока «Блок питания излучателя» величину оптической мощности в районе 0,5 мА по прибору. Значение оптической мощности в дБ занесите в таблицу 1. При дальнейших измерениях это значение не должно изменяться.

7. Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению мощности (измерение затухания), нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. При этом уровень оптической мощности, поступающий на вход прибора, принимается за нулевой.

8. Отсоедините волоконный шнур, соединяющий электронный блок «Блок питания излучателя»  и оптический тестер.

9. Для определенности в дальнейшем будем считать, что оптические входы расположены в левой коммутационной коробке, а выходы – в правой. Верхний ряд оптических розеток коммутационной коробки соответствует одномодовым входам/выходам, нижний – многомодовым. Нумерация розеток производится слева направо. Соедините с помощью переходного волоконного шнура FC/UPC-SC/UPC «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» и оптический вход №1 коммутационной коробки (оптическая розетка SC/UPC).

10. С помощью второго переходного одномодового шнура FC/UPC-SC/UPC  (желтый цвет защитной оболочки) попеременно соединять верхний ряд розеток  SС/UPC второй коммутационной коробки (оптические выходы) со входом оптического тестера. Результаты измерений занести в таблицу 4.

Следует учесть, что из четырех световодов оптического кабеля с помощью сварки соединены только три. Поэтому в одном случае из четырех ни на одной из выходных розеток оптическая мощность не фиксируется.

11. Повторите действия, предусмотренные пунктами 4 -10 для нижнего ряда оптических розеток коммутационных коробок. В этом случае тестируется многомодовый кабель и для соединений, предусмотренных пунктами 4-10, следует использовать многомодовые волоконные шнуры (оранжевый цвет защитной оболочки). Результаты занести в таблицу 4.

 

 

Т а б л и ц а 4 - Переходные ослабления между входами и выходами оптической линии. Величина оптической мощности на входе

Одномодовый шнур	Мощность,дБ	Многомодовый шнур	Мощность,дБ
4-1 4-2 4-3 4-4		4-1 4-2 4-3 4-4
3-1 3-2 3-3 3-4		3-1 3-2 3-3 3-4
2-1 2-2 2-3 2-4		2-1 2-2 2-3 2-4
1-1 1-2 1-3 1-4		1-1 1-2 1-3 1-4

 

3.4 Выводы по работе

 

Проанализировать, с какой точностью было выполнено сварное соединение оптических волокон. Какие допустимые нормы сварных швов?  В каком случае затухание на сварном шве больше, при использовании одомодового кабеля или многомодового? Почему?

 

3.5 Контрольные вопросы

 

1.    Какие соединения называются неразъемными?

2.    Технология сварки оптического волокна.

3.    Допустимые нормы сварного соединения.

4.    Где больше затухание мощности сигнала на SM или MM кабеле?

5.    Как влияет юстировка торцов световода на выходную мощность сигнала?

6.    Как определить при помощи коммутационной коробки сварную пару?

7.    Как влияет качество сварки на выходную мощность сигнала?

8.    Допустимые нормы потери мощности сигнала на сварном шве?

 

 

4 Лабораторная работа № 4. «Исследование характеристик отического разветвителя 1х2»

 

Цель работы:

-научиться измерять переходное ослаблений между световодами оптического разветвителя.              

 

4.1 Предварительная подготовка

 

Изучить теоретический материал по теме: « Оптические разветвители».

 

Теоретические сведения

Широкое распространение имеет  оптический разветвитель – оптическое устройство на основе волоконных световодов, осуществляющее распределение оптической мощности от одного источника на два или более направлений (сплиттер - splitter). Обычно такое устройство имеет один вход и два выхода (см. рисунок 6) [4,6].

 

           Применяется также устройство, имеющее два входа и один выход, на котором суммируется оптическая мощность, поступающая по двум световодам.

          Основной характеристикой разветвителя являются коэффициенты разветвления, определяемые отношением мощности в одном из выходных световодов,  к мощности во входном (см. рисунок 6) :

                              а₁₂=Р₂/ Р₁   ,                                                                     (3)

                              а₁₃=Р₃/ Р₁   .                                                                     (4)

          Количественно оценивается однородность разветвителя, показывающая, в каком отношении мощность, поступившая на его вход, делится между выходными световодами:

                             

а₂₃=Р₃/ Р₂.

 

 

4.2 Задание к выполнению лабораторной работы

 

4.2.1 Взять у преподавателя комплект оборудования: источник излучения, волоконные шнуры с определенным типом коннекторов, измеритель оптической мощности «Топаз-3000».

4.2.2 Подготовить прибор «Топаз-3000» для измерения затухания в пассивных и активных компонентах.

4.2.2 Собрать схему лабораторной установки (см. рисунок 7).

 

4.3 Порядок выполнения работы

 

Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки. Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера необходимо отвернуть защитный колпачок с торца  его коннектора и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

          Рисунок 7 - Схема лабораторной установки

 

1. Установите органы управления электронного блока «Блок питания излучателя» в исходное положение:

-ручку потенциометра «регулировка»– в крайнее положение против часовой стрелки;

-кнопочный переключатель «режим» - в положение «мощность», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью;

-включите тумблер «сеть». При этом загорается его подсветка.

При данном положении органов управления электронный блок обеспечивает непрерывное немодулированное оптическое излучение на оптическом выходе. Его мощность регулируется потенциометром «регулировка». На цифровом табло отображаются показания, пропорциональные фототоку встроенного в лазерный модуль контрольного фотодиода.

2. Проверьте работоспособность лазера. Для этого поверните по часовой стрелке ручку потенциометра «регулировка». Показания на цифровом табло должны увеличиваться, что свидетельствует об исправности лазера.

3. Установите кнопочный переключатель «режим» в положение «ток», для чего нажмите кнопку с соответствующей подписью. При этом на цифровом табло отображается значение тока, протекающего через лазерный диод (ток накачки).

4. С помощью одномодового шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) соедините «оптический выход» электронного блока «Блок питания излучателя» с входом оптического тестера.

5. Включите оптический тестер и переведите его в режим измерения мощности,  нажимая кнопку mvt, dbm, db на его лицевой панели. Установите тестер в режим измерений на длине волны 1,3 мкм, нажимая кнопку λ на его лицевой панели. 

6. Установите с помощью потенциометра «регулировка» электронного блока «Блок питания излучателя» величину оптической мощности в районе 0,5 мА по прибору. Зафиксируйте это значение в соответствующей графе таблицы 1. При дальнейших измерениях это значение не должно изменяться.

7. Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению мощности (измерение затухания), нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. При этом уровень оптической мощности, поступающий на вход прибора, принимается за нулевой.

8. Отсоедините оптический разъем волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC от  входа оптического тестера  и соедините его с соединительной розеткой 1 FC/SPC – FC/SPC на плате  (см. рисунок 7), к которой присоединен коннектор  входного световода оптического делителя. Относительный уровень мощности, поступающий в первый световод в этом случае Р₁ =  mvt.

9. Соединяя попеременно розетки 2 и 3 на плате 7 с помощью одномодового волоконного шнура FC/UPC-FC/UPC (желтый цвет защитной оболочки) со входом оптического тестера, проведите измерение относительного уровня мощности во втором и третьем световоде (Р₂ и Р₃ соответственно). Измеренные значения занесите в таблицу 5.

 

Т а б л и ц а  5 - Результаты измерения относительных уровней мощности в выходных световодах разветвителя

Р1 =          mvt.	Р2 =	Р3 =
Р1 =	Р2 =0 mvt.	Р3 =
Р1 =	Р2 =	Р3 =0 mvt.

 

 

10. Подавая мощность во второй (Р₂ = mvt) и третий (Р₃ = mvv) световоды разветвителя, проведите измерение относительного уровня мощности в остальных двух световодах разветвителя. Данные измерений занесите в таблицу 5.

 

4.4 Выводы по работе

 

По результатам измерений сделать выводы, в какой пропорции делится сигнал.  Как влияет на сигнал замена одномодового шнура на многомодовый?  По формулам, приведенным выше, определить однородность разветвления сигнала.

 

4.5 Контрольные вопросы

 

1.              Какие существуют виды разветвителей?

2.              Пояснить принцип работы разветвителя.

3.              Назвать основные категории оптических разветвителей.

4.              Какими параметрами характеризуется разветвитель?

5.              Какие пропорции разветвления сигнала?

6.              Принцип прохождения сигнала по оптической призме?

7.              Влияние плеча на разность затухания?

8.              Как влияет плечо на траекторию прохождения сигнала?

 

5 Лабораторная работа № 5.  «Исследование характеристик стыка оптических волоконных световодов»

 

Цель работы:

-получение навыков настройки  юстировочного  устройства;

-получение навыков измерения зависимости переходного ослабления, вносимого воздушным зазором между торцами многомодовых световодов от величины этого зазора  на длине волны λ = 0,85 мкм.

 

5.1 Предварительная подготовка

 

Изучить теоретический материал по теме: « Внешние потери в соединителе»  [4,6].

 

Теоретические сведения

Внешние потери обусловлены четырьмя основными причинами: радиальное смещение волокон, угловое смещение, осевое смещение и качество торцов. Кроме того, необходимо учитывать деформации сердечника и соответствие между показателями преломления волокон. Для получения малых потерь на стыке торцов волокон должны находиться в тесном физическом контакте друг с другом, или зазор между ними должен быть заполнен веществом (иммерсионной жидкостью), в точности соответствующим показателям преломления сердечников волокон. На рисунке 9 представлены возможные дефекты сопряжения оптических волокон и графики, отражающие количественную оценку внешних потерь.

В реальных соединениях необходимо учитывать воздействие суммарных, т. е. полных потерь, определение которых зависит от типа сопрягаемых волокон.

В многомодовых световодах полные потери на стыке  волокон обычно меньше, чем сумма отдельных внутренних и внешних составляющих. Принято считать, что потери на стыке многомодовых волокон не зависят от длины волны. В действительности из-за несоответствия внутренних параметров волокон на стыке возникают пульсации (осцилляции) потерь, которые происходят вследствие того, что принимающее волокно не может принять все моды от передающего (см. рисунок 8).

 

Рисунок 8- Потери на стыке возрастают с увеличением длины волны

 

а) – радиальное;             б) – угловое смещение;

в) – осевое смещение;   г) – качество торцов.

 

Рисунок 9 -Возможные дефекты сопряжения оптических волокон

 

Кроме того, потери на стыке зависят от относительного. Стыки имеют тенденцию влиять на распределение мощности, и поэтому потери на конкретном стыке зависят от потерь на предыдущем (см. рисунок 10).

 

Если волокно А достаточно длинное, то мощность на его конце имеет равновесное распределение. Осевое смещение на первом стыке вызывает потери части мощности на конце распределения и перераспределяет мощность к внешним краям сердечника второго волокна. Если волокно Б короче, чем требуется для восстановления равновесного распределения мощности, то осевое смещение на втором стыке вызовет большую, чем на первом стыке, потерю мощности.

В одномодовых волокнах полные потери на стыке практически соответствуют сумме внешних и внутренних потерь. Более того, такие волокна имеют только одну моду, и поэтому на их стыке отсутствуют пульсации, которые наблюдались в многомодовых волокнах. При отсутствии отражения потери на стыке монотонно уменьшаются с ростом длины волны, что обусловлено ростом диаметра поля моды.

Таким образом, потери на стыке одномодовых волокон проще в анализе, измерении и воспроизведении, чем на стыке многомодовых волокон.

 

 

 

Рисунок 11 - Функциональная схема лабораторного макета

 

5.2 Задание к выполнению лабораторной работы

 

5.2.1 Взять у преподавателя комплект оборудования: источник излучения, волоконные шнуры с определенным типом коннекторов, измеритель оптической мощности «Топаз-3000».

5.2.2 Подготовить прибор «Топаз-3000» для измерения затухания в пассивных и активных компонентах.

5.2.2 Собрать схему лабораторной рисунок 11.

         

5.3 Порядок выполнения работы

 

Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на их торцы снятые защитные колпачки. Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера необходимо отвернуть защитный  колпачок с торца  его адаптера и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

 

Предварительная юстировка макета.

         

Внимание! Операции по предварительной юстировке макета, выполняемые при исследовании одномодовых и многомодовых световодов, одинаковы. Поэтому при описании порядка юстировки тип световода не указывается.

 

1. Установить органы управления электронного блока БПИ, обеспе-чивающего излучение на длине волны λ=0,85 мкм в исходное состояние:         

-ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели БПИ  в крайнее положение против часовой стрелки;

-кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки – в положение 50 мА;

-включить тумблер «сеть» на лицевой панели блока БПИ. При этом загорается его подсветка. С помощью потенциометра регулировка тока накачки установить максимальное значение I_н=  мА. Контроль тока накачки осуществляется по цифровому индикатору на лицевой панели;

-с помощью соединительного кабеля подключить ЛД (см. рисунок 11) к блоку БПИ. Соединение осуществляется с помощью разъема РС 4 ТВ.

         

2. Установить световод в юстировочное устройство ЮУ1, обеспе-чивающее центровку их торцов. Выполнить следующие операции.

2.1 Переместить с помощью микрометрического винта ЛПР1 узел, осуществляющий линейное  перемещение, в крайнее правое положение.

2.2 Пропустить световод через отверстия в платах 2, 3.

2.3 Закрепить     коннектор   FC световода   в  оправке     на узле,       осуществляющий линейное  перемещение, навернув фиксирующий винт коннектора.

-с помощью микрометрического винта ЛПР1 переместить узел, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее левое положение.

2.4 Второй коннектор световода соединить с оптическим тестером.

3. С помощью микрометрического винта ЛПР1, осуществляющего перемещение узла, установить расстояние между торцом исследуемого световода и лазерным диодом (2 – 3)мм.

4. С помощью микрометрических винтов ЛПП1, ЛВ1, осуществляющих поперечное (вертикальное и горизонтальное) смещение, добиться максимальных показаний по шкале оптического тестера. На дисплее измерителя отображается значение переходного ослабления, вносимого воздушным зазором между торцами световодов. Его значение после выполнения первой юстировки должно лежать в пределах (Pmin-Pmax)дБ. При определении величины переходного ослабления следует учитывать инерционность оптического тестера. Истинное значение ослабления высвечивается на экране его дисплея после 5 – 7 секунд с момента окончания регулировки положения торцов с помощью одного из микрометрических винтов.

5. С помощью микрометрического винта ЛПР1 уменьшить величину воздушного зазора между торцами световодов. При этом, поскольку торцы не соосны, значение переходного ослабления, отображаемого на дисплее оптического тестера, будет уменьшаться. Уменьшение зазора следует прекратить  при полном контакте ЛД и конектора.

6. Скорректировать положение торцов световодов, вращая микро-метрические винты ЛПП1, ЛВ1, вновь добившись (Pmin-Pmax дБ) показаний по шкале оптического тестера.

7. Повторять действия, описанные в пунктах 3-7,  до тех пор, пока значение переходного ослабления не  достигнет минимума Pвых 34-35дБ дБ. Следует иметь в виду, что при сближении торцов световодов, влияние смещения торцов на величину переходного ослабления становиться все более и более существенным. Получить минимальное значение переходного ослабления можно только при аккуратной и плавной юстировке методом последовательных приближений.

8.  При достижении величины переходного ослабления в районе 34 – 35 дБ, торцы световодов можно считать расположенными соосно и юстировку макета – законченной.

 

5.4 Выводы по работе

 

Как меняется переходное ослабление, вносимое воздушным зазором между торцами многомодовых световодов от величины этого зазора,  на длине волны λ = 0,85 мкм.

 

5.5 Контрольные вопросы

 

1.    Перечислите основные виды внешних потерь в соединителе.

2.    Как измениться затухание  от величины воздушного зазора?

3.    Как изменится показание мощности сигнала на приборе от длины волны  λ?

4.    Дать понятие механической нестыковки оптических волокон.

5.    Объяснить причину возникновения Френелевского отражения между открытыми плоскостями торцов волокон.

6.    Допустимые нормы потерь в местах воздушного зазора .

7.    Сравнить показания потерь между SM и ММ волокном.

8.    Как влияет соосность юстировки на мощность сигнала?

 

 

6 Лабораторная работа № 6. «Исследование затухания вносимого продольным и угловым смещением торцов волоконных световодов»

 

Цель работы:

-получить навыки измерения зависимости переходного ослабления, вносимого воздушным зазором между торцами многомодовых и одномодовых световодов от величины этого зазора  на длине волны λ = 1,33 мкм; 

- получить навыки измерения зависимости переходного ослабления, вносимого продольным и угловым смещением торцов многомодовых и одномодовых световодов от величины этого смещения на длине волны λ = 1,33 мкм  .

 

6.1 Предварительная подготовка

 

Изучить теоретический материал по теме: «Внешние потери в соединителе»  [4,6].

 

         

Рисунок  12 - Функциональная схема лабораторного макета

 

6.2 Задание к выполнению лабораторной работы

 

6.2.1 Взять у преподавателя комплект оборудования: источник излучения, волоконные шнуры с определенным типом коннекторов, измеритель оптической мощности «Топаз-3000».

6.2.2 Подготовить прибор «Топаз-3000» для измерения затухания в пассивных и активных компонентах.

6.2.2 Собрать схему лабораторной рисунок 12.

 

          6.3 Порядок выполнения работы

 

          Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на их торцы снятые защитные колпачки. Перед каждым использованием в измерениях оптического тестера необходимо отвернуть защитный  колпачок с торца  его адаптера и немедленно соединить его с коннектором волоконного шнура. После окончания измерения обязательно установить защитный колпачок на прежнее место.

 

         

          Внимание! Операции по предварительной юстировке макета, выполняемые при исследовании одномодовых и многомодовых световодов, одинаковы. Поэтому при описании порядка юстировки тип световода не указывается.

 

          1. Установить органы управления электронного блока БПИ2, обеспе-чивающего излучение на длине волны λ=1.3 мкм в исходное состояние:         

          -ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели БПИ  в крайнее положение против часовой стрелки;

          -кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки – в положение 50 мА;

          -включить тумблер «сеть» на лицевой панели блока БПИ2. При этом загорается его подсветка. С помощью потенциометра регулировка тока накачки установить максимальное значение тока накачки: I_н= мА. Контроль тока накачки осуществляется по цифровому индикатору на лицевой панели.

          2. Включить оптический тестер. Установить с помощью его органов управления режим измерения мощности в  (дБ).

          3. Установить коннектор исследуемого световода в оптическую розетку на лицевой панели электронного блока «Блок питания излучателя» для длины волны λ=1,3 мкм .

          4. Соединить оптический выход электронного блока БПИ2 с опти-ческим  входом оптического тестера с помощью волоконного шнура с коннекторами типа FC.

          5 Установите режим работы оптического тестера, соответствующий измерению затухания, нажав необходимое количество раз кнопку mvt, dbm, db. При этом уровень оптической мощности, поступающий на вход прибора, принимается за нулевой. На его дисплее появляется значение  дБ.

          6. После проведения описанных выше операций положение органов управления электронного блока «Источник оптического сигнала» и оптического тестера не менять.

          7. Отсоединить коннекторы волоконного шнура от входа оптического тестера и электронного блока БПИ2.

8. Закрепить входной торец световода в узел юстировочного устрой-ства ЮУ2, осуществляющий линейное перемещение. Для этого выполнить следующие операции.

          8.1 С помощью микрометрического винта ЛПР переместить узел, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее левое положение.

          8.2 Пропустить световод через отверстия в платах 2, 3.

          8.3 Закрепить коннектор FC световода в оправке, навернув фикси-рующий винт коннектора.

          9. Второй коннектор световода соединить с оптическим тестером

          10. Вращая на ЮУ2 микрометрические винты УВ и УГ, обеспечи-вающие угловое перемещение источника и ЛП и ЛВ, обеспечивающие поперечное перемещение торца световода, добиться максимальных показаний цифрового индикатора на лицевой панели оптического тестера. После этого положение микрометрических винтов не менять.

          11. Установить два световода в юстировочное устройство ЮУ2, обеспечивающее центровку их торцов. Выполнить следующие операции.

          11.1 Переместить с помощью микрометрического винта ЛПР2 узел, осуществляющий линейное  перемещение, в крайнее правое положение.

          11.2 Пропустить один из световодов через отверстия в платах 2, 3.                    11.3 Закрепить коннектор FC световода в оправке на узле, осуще-ствляющий линейное  перемещение, навернув фиксирующий винт коннектора.

          11.4  Второй коннектор световода соединить с оптической розеткой на лицевой панели БПИ2.

          11.5 Второй световод закрепить в узле юстировочного устройства ЮУ2, осуществляющий угловое перемещение. Для этого выполнить следующие операции:

          -с помощью микрометрического винта ЛПР2 переместить узел, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее левое положение.

          -с помощью фигурной гайки 9  ослабить цанговый зажим и извлечь оправку 7.

          -закрепить коннектор FC световода в оправке 7, навернув фиксирующий винт коннектора.

          -вставить оправку в цанговый зажим и зафиксировать ее завернув фигурную гайку 9.

          11.6 Второй коннектор световода соединить со входом оптического тестера.

          12. С помощью микрометрического винта ЛПР2, осуществляющего продольное перемещение узла установить расстояние между торцами исследуемых световодов (2 – 3)мм.

          13. С помощью микрометрических винтов ЛПП2, ЛВ2 осуществля-ющих поперечное (вертикальное и горизонтальное) и  УВ2, УГ2 осуществляющих угловое перемещение торцов световодов добиться максимальных показаний по шкале оптического тестера. На дисплее измерителя отображается значение переходного ослабления, вносимого воздушным зазором между торцами световодов. Его значение после выполнения первой юстировки должно лежать в пределах (-75)дБ. При определении величины переходного ослабления следует учитывать инерционность оптического тестера. Истинное значение ослабления высвечивается на экране его дисплея после 5 – 7 секунд с момента окончания регулировки положения торцов с помощью одного из микрометрических винтов.

          14. С помощью микрометрического винта ЛПР2 уменьшить величину воздушного зазора между торцами световодов. При этом, поскольку торцы не сосны, значение переходного ослабления, отображаемого на дисплее оптического тестера будет уменьшаться. Уменьшение зазора следует прекратить  при величине переходного ослабления менее 23,5дБ.

          15. Скорректировать положение торцов световодов, вращая микро-метрические винты ЛПП2, ЛВ2 и  УВ2, вновь добившись максимальных показаний по шкале оптического тестера.

          16. Повторять действия до тех пор, пока значение переходного ослабления не возрастет до значения 3-5 дБ. Следует иметь ввиду, что при сближении торцов световодов, влияние смещения торцов на величину переходного ослабления становиться все более и более существенным. Получить значение переходного ослабления в районе 2дБ можно только при аккуратной и плавной юстировке методом последовательных приближений.

          17. При достижении величины переходного ослабления в районе             3 – 5 дБ торцы световодов можно считать расположенными соосно и юстировку макета – законченной. После этого можно приступать к измерениям. 

 

Измерение зависимости переходного ослабления от величины смещения торцов световодов в продольном и поперечном направлениях на длине волны λ=1,33 мкм.

 

Измерения проводятся для двух типов световодов – многомодового и одномодового. Все операции однотипны, поэтому тип световода при описании методики измерений не указывается. Первым исследуется многомодовый световод.

1. Провести предварительную юстировку макета.

2. Провести измерение зависимости переходного ослабления от вели-чины смещения торцов световодов в продольном направлении на длине волны λ=1,33 мкм. Для этого выполнить следующие операции.

2.1 Отметить значение отсчета продольного расстояния между торцами световодов по шкале микрометрического винта  (L₀). Занести его в таблицу 7.  В дальнейшем это значение принимается за нулевой отчет продольного расстояния между торцами.

          2.2 Отметить значение переходного ослабления W₀ по дисплею оптического тестера. Занести его в таблицу 6. В дальнейшем это значение принимается за нулевой отчет переходного ослабления.

          2.3 Увеличить расстояние между торцами световодов в продольном направлении с помощью микрометрического винта ЛПР2 на величину шага S, указанного преподавателем. Занести значение отсчета продольного расстояния L между торцами световодов, определяемое по шкале микрометрического винта ЛПР2,  в таблицу 6.

          2.4 Отметить величину переходного ослабления W, вносимого воздушным зазором между торцами световодов, и занести это значение в таблицу 6.

 

Т а б л и ц а  6- Зависимость переходного ослабления от продольного смещения торцов световодов при длине волны λ=1,33 мкм

L0 = W0 =

L (мкм)         W (дБ)         ∆z (мкм)         ∆W (дБ)

                   

          2.5 Повторить измерения, увеличивая расстояние между торцами световодов в продольном направлении с помощью микрометрического винта ЛПР2 на величину шага S до тех пор, пока величина переходного ослабления W не уменьшится по сравнению с W₀ на 10 дБ.

          2.6 Вычислить приращения расстояния между торцами световодов ∆z и переходного ослабления ∆W относительно нулевых отсчетов:   ∆z  = L - L₀ ; ∆W = W - W₀. Занести вычисленные значения ∆z  и ∆W в таблицу 7.

          2.7 Пострить зависимость ∆W (∆z).

3. Провести измерение зависимости переходного ослабления от вели-чины поперечного смещения торцов световодов.

3.1  Провести предварительную юстировку макета.

          3.2 Отметить значение отсчета поперечного смещения торцов свето-водов по шкале микрометрического винта ЛПП2 (L₀). Занести его в таблицу 8. В дальнейшем это значение принимается за нулевой отчет поперечного смещения торцов.

         3.3 Отметить значение переходного ослабления W₀ по дисплею опти-ческого тестера. Занести его в таблицу 7. В дальнейшем это значение принимается за нулевой отчет переходного ослабления.

         3.4 Увеличить поперечное смещение торцов световодов с помощью микрометрического винта ЛПП2 на величину шага S, указанного преподавателем. Занести значение поперечного смещения торцов световодов L, определяемое  по шкале микрометрического винта ЛПП2,  в таблицу 7.

         3.5 Отметить величину переходного ослабления W, вносимого поперечным смещением торцов световодов и занести о значение в таблицу 7.

 

Т а б л и ц а 7 - Зависимость переходного ослабления от поперечного смещения торцов световодов при длине волны λ=1,33 мкм

L0 = W0 =

L (мкм)         W (дБ)         ∆х (мкм)         ∆W (дБ)

         

3.6 Повторить измерения, увеличивая поперечное смещение торцов световодов с помощью микрометрического винта ЛПП2 на величину шага S до тех пор, пока величина переходного ослабления W не уменьшится по сравнению с W₀ на 10 дБ.

          3.7 Вычислить приращения поперечного смещения торцов световодов ∆х и переходного ослабления ∆W относительно нулевых отсчетов:   ∆х  = L - L₀ ; ∆W = W - W₀. Занести вычисленные значения ∆х  и ∆W в таблицу 8.

          3.8 Построить зависимость ∆W (∆х).

          4. Повторить все измерения, начиная с пункта 1, для одномодового световода.

 

          6.4 Выводы по работе

 

Как меняется переходное ослабление, вносимое продольным и угловым смещением торцов многомодовых и одномодовых световодов, от величины этого смещения на длине волны λ = 1,33 мкм .

 

6.5 Контрольные вопросы

 

1.    Назовите основные виды потерь, вызванные механической нестыковкой оптических волокон.

2.    При каком из исследуемых видов смещений затухание сигнала больше?

3.    Как изменится затухание сигнала  при замене одномодового волокна на многомодовое ?

4.    Как влияет NA на выходную мощность сигнала?

5.    Как изменится затухание сигнала  при замене многомодового волокна на одномодовое?

6.    Влияние величины воздушного зазора на выходную мощность сигнала?

7.    Влияние осевого смещения на выходную мощность сигнала?

8.    Сравнить показания потерь между SM и ММ волокном

 

 

7 Лабораторная работа № 7. «Исследование зависимости удельного коэффициента затухания, вносимого изгибом световода от его радиуса»

                   

Цель работы:

-получить навыки определения зависимости удельного коэффициента затухания от радиуса изгиба световода для:

-одномодового световода 9/125 мкм;

-многомодового световода 62,5/125 мкм.

Измерение провести для двух длин волн λ=0.67 мкм и λ=1.3 мкм.

7.1 Предварительная подготовка

 

изучить теоретический материал по теме: « Затухание на изгибах»  [4,6].

Теоретические сведения

Узел измерения потерь на изгибе световода (УИП). Эскиз узла приведен на рисунке 13. Световод  1, в качестве которого используется либо одномодовый световод без защитной оболочки (желтый цвет буферного покрытия) с коннекторами типа FC –UPS, либо многомодовый световод без защитной оболочки с коннекторми типа FC-РС, закрепляется в двух фиксаторах 2 с помощью винтов 3. Отрезок световода между фиксаторами пропускается между подвижными 4 и неподвижными 5 стойками скремблера.

Фиксаторы 2 перемещаются вдоль направляющих 6 при изменении положения подвижных стоек 5. Возвратное движение фиксаторов осуществляется за счет пружин. Фиксаторы, направляющие и пружины закреплены на подвижных основаниях 7.

Шесть неподвижных стоек 4 закреплены на неподвижном основании 8. В нем выполнены продольные пазы, в которых перемещаются пять подвижных стоек 5. Перемещение подвижных стоек осуществляется с помощью микрометрического винта 9.

В исходном состоянии подвижные стойки должны быть перемещены в такое положение, при котором участок световода не деформируется. При  этом должно быть обеспечено незначительное натяжение световода за счет пружин, связанных с фиксаторами 3. 

Перемещение подвижных стоек вверх приводит к изгибу световода. Радиус изгиба совпадает с радиусом стойки, а длина изогнутого участка изменяется при движении стоек. Перемещение подвижной стойки L отмечается по шкале микрометрического винта 9. Для известного диаметра стойки D и расстояния между стойками d=20 мм длина изогнутого участка определяется выражением:

         

                    l = D*( arcsin((D/(L² +d²)^1/2 ) + arctg(L/d)).

         

При возвратном движении подвижных стоек световод за счет натяжения пружин, связанных с фиксаторами, также возвращается в исходное положение.

В комплект УИП входит набор сменных стоек с различными диаметрами - 5, 7, 9, 11, 13, 15 мм-, что позволяет проводить измерение потерь на этих диаметрах.

При изменении диаметра стойки изменяется положение световода относительно крайних неподвижных стоек. Правильным является положение световода, при котором он расположен параллельно направляющим 6. Для обеспечения этого основания 7 вместе со световодом и  элементами его крепления перемещаются в поперечном направлении. Перемещение осуществляется с помощью винтов 10.

Вся конструкция крепится к плате 11. На ней также располагается оправка 12 с фотодиодом. Ее внутренний диаметр выбран таким образом, чтобы  оправка коннектора исследуемого световода 1 стыковалась с ней. При этом световой поток из выходного торца исследуемого световода полностью попадает на чувствительную площадку фотодиода. Оправка для коннектора – съемная. Она используется для стыковки выходного торца световода как с фотодиодом, так и с телекамерой. В последнем случае она вставляется в юстировочное устройство ЮУ2.

 

7.2 Задание к выполнению лабораторной работы

 

1.2.1 Взять у преподавателя комплект оборудования: источник излучения, волоконные шнуры с определенным типом коннекторов, измеритель оптической мощности «Топаз-3000».

1.2.2 Подготовить прибор «Топаз-3000» для измерения затухания в пассивных и активных компонентах.

1.2.2 Собрать схему лабораторной установки (см. рисунок 13).

 

 

Рисунок 13-Узел измерения потерь на изгибе

 

7.3 Порядок выполнения работы

 

Внимание! Перед каждым использованием в измерениях волоконных шнуров необходимо снять защитные колпачки с их торцов. После окончания работы с волоконным шнуром обязательно установить на его торцы снятые защитные колпачки.

         

Измерение затухания на длине волны λ=0,67 мкм.

Перед проведением измерений необходимо:

-установить ЛД1 в оправку на ЮУ1;

-подключить его шнур питания  к БПИ;

-перемещая ЛД1 в оправке в продольном направлении, добиться, чтобы его излучение фокусировалось в месте расположения торца исследуемого световода.

1. Закрепить входной торец световода в узел юстировочного устройства ЮУ1, осуществляющий линейное перемещение. Для этого выполнить следующие операции.

1.1 С помощью микрометрического винта ЛПР1 переместить узел, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее левое положение.

1.2 Пропустить световод через отверстия в платах 2, 3.

1.3 Закрепить коннектор FC световода в оправке 10, навернув фикси-рующий винт коннектора.

2.  Закрепить выходной торец световода в оправку фотодиода ФД. Для этого выполнить следующие операции.

2.1 Если оправка коннектора 12 установлена в юстировочном узле ЮУ2, следует отвернуть фиксирующий винт ФВ2 и извлечь ее из узла углового перемещения юстировочного устройства ЮУ2.

2.2 Вставить оправку с выходным коннектором в оправку фотодиода 12.

3. Расположить  исследуемый световод в УИП . Для этого выполнить следующие операции.

3.1 Одеть стойки выбранного диаметра на  штыри, находящиеся на плате 6  .              

3.2  Вывернуть микрометрический винт 9, перемещающий подвижные стойки 5 так, чтобы они заняла положение за крайними .

3.3 Отвернуть винты 3 фиксаторов2 .

3.4 Поместить исследуемый световод между неподвижными и подвижными стойками. Он должен располагаться так, чтобы подвижные стойки находились над световодом, а подвижные под ним .Сам световод при этом не должен быть деформирован.

3.5 Поместить исследуемый световод в паз левого фиксатора (рисунок 13) и закрепить его винтом 3. Винт 3 следует заворачивать с минимальны усилием, обеспечивающим фиксацию световода.

3.6 Поместить исследуемый световод в паз правого фиксатора (см. рисунок 13). Слегка натянуть световод так, чтобы пружины фиксаторов 2 незначительно растянулись.  Закрепить световод винтом 3. Винт 3 следует заворачивать с минимальным усилием, обеспечивающим фиксацию световода.

3.7 Вворачивая  микрометрический винт 9, перемещающий подвижные стойки 5, переместить их вверх так, чтобы они касались исследуемого световода, но не деформировали бы его.

3.8 Отметить начальный отсчет  L₀ по шкалам микрометрического винта, соответствующий этому положению средней стойки, и занести его в таблицу 1.

4. Установить органы управления электронного блока БПИ в исходное состояние:     

-ручку потенциометра регулировки тока накачки на лицевой панели БПИ в крайнее положение против часовой стрелки;

-кнопочный переключатель пределов изменения тока накачки – в положение 50 мА;

-с помощью соединительного кабеля подключить ЛД  к блоку БПИ. Соединение осуществляется с помощью разъема РС-4-ТВ, блочная часть которого расположена на лицевой панели;

-включить тумблер «сеть» на лицевой панели блока БПИ. При этом загорается его подсветка. С помощью потенциометра регулировка тока накачки установить его максимальное значение I_н= мА. Контроль тока накачки осуществляется по цифровому индикатору на лицевой панели.

5. Используя микрометрические винты УВ1, УГ1, ЛВ1, ЛП1 юстировочного устройства ЮУ1, установить лазерный диод ЛД и входной торец световода в положение, обеспечивающее ввод оптического излучения в световод. При этом наблюдается рост показаний измерительного прибора «Оптическая мощность» электронного блока «Фотоприемник». При увеличении уровня регистрируемой мощности необходимо переключать фотоприемник на более грубые пределы измерения с помощью кнопочного переключателя «чувствительность» на его лицевой панели.

6.  Произвести тщательную юстировку относительного положения ЛД и входного торца световода, обеспечив максимальные показания измерительного прибора. Настройка осуществляется с использованием всех пяти органов управления положением элементов. Отметить показания измерительного прибора q₀, соответствующий максимальной мощности на выходном торце световода. Занести это значение в таблицу 8.

7.  Изменяя положение подвижных стоек отмечать отсчеты L_i по шкалам микрометрического винта и соответствующие им отсчеты q_i по осциллографу. Данные измерений занести в таблицу 8.

 

Т а б л и ц а  8 - Измерение удельного коэффициента затухания на изогнутом участке световода.  D =      (мм) , L₀ =      (мм) , q₀ =     (от.ед)

Li(мм)
qi(от.ед)
L= Li- L0(мм)
li(мм)
γi(дБ/мм)

 

8. После окончания измерений вернуть подвижные стойки в исходное положение, отвернуть винты 3 фиксаторов 2  и извлечь световод из УИП. Отвернуть коннекторы световода от оправок юстировочного устройства и фотодиода.

9.  Повторить измерения потерь для других диаметров изгиба. Для этого на стойки одеть втулки соответствующего диаметра и повторить пункты 11, 12 описания.

10.  После окончания измерений выполнить следующие операции:

10.1 Отвернуть фиксирующие винты зажимов 10 и освободить световод.

10.2 Отвернуть выходной коннектор световода от оправки фотодиода.

10.3 С помощью микрометрического винта ЛПР1  переместить узел юстировочного устройства ЮУ1, осуществляющий линейное перемещение, в крайнее левое положение.

10.4 Отвернуть коннектор FC входного торца  световода от оправки 10, открутив фиксирующий винт коннектора. После этого извлечь его из узла юстировочного устройства ЮУ1, осуществляющего линейное перемещение.

11. Повторить измерения потерь на изгибе для многомодового световода без защитной оболочки, повторив пункты 1 – 14.

12. После окончания измерений провести расчет удельного коэффициента затухания на изгибах разных диаметров для двух типов световодов. Для этого необходимо определить длину изогнутого участка l.

Рисунок 14 поясняет выражение, используемое для определения длины  изогнутого участка световода. Две окружности представляют собой вид сверху на правую неподвижную и центральную передвигаемую стойки. Линия ВАВ¹ соответствует неизогнутому отрезку световода, заключенному между ними и является касательной к окружностям в точках В и В¹. Расстояние между центрами стоек по горизонтали OS = d = 10мм, расстояние между центрами стоек по вертикали O¹S = L определяется в процессе измерений. ВО = В¹О¹ = D/2 – радиус стойки.

Длина изогнутого участка световода определяется длинами дуг окружностей ВС и В¹С¹ (см. рисунок 14). Легко понять, что они  одинаковы, поэтому полная длина изгиба, определяемая всеми тремя стойками равна 4*ВС.

Для расчетов следует определить угол ВОС. Из элементарных тригонометрических соотношений следует:

ВОС = ОGB = B¹AO¹ + O¹AG¹;

B¹AO¹ = arcsin((D/(L² +d²)^1/2 );

O¹AG¹ = arctg(L/d).

Окончательно, полная длина изогнутого участка l определится выражением:

l =8 D ( arcsin((D/(L² +d²)^1/2 ) + arctg(L/d)).

 

Рисунок 14- Определения длины  изогнутого участка световода

 

Все углы должны быть выражены в радианах.

Величина удельного коэффициента затухания γ, соответствующая участку длины l определяется соотношением:

 

                    γ_i = 10*Lg(q₀/ q_i)/l.

Значение удельного коэффициента затухания определяется путем усреднения значения γ_i по всем результатам измерений.

 Измерение затухания на длине волны λ=1.3 мкм.

 

В этом эксперименте в качестве оптического источника используется ЛД2, работающий на длине волны 1,3 мкм , а в качестве фотоприемника – оптический тестер.

Перед проведением измерений необходимо:

-установить входной коннектор исследуемого световода в оптическую розетку на лицевой панели электронного блока «Блок питания излучателя» для длины волны λ=1,3 мкм ;

-установить выходной коннектор исследуемого световода в оптическую розетку на оптическом тестере.

Никаких дополнительных юстировочных операций проводить не требуется.

Провести измерение потерь по методике, описанной выше – пункты 3 и 8.

 

7.4 Выводы по работе

 

Исследование зависимости удельного коэффициента затухания, вносимого изгибом световода от его радиуса.

 

7.5.  Контрольные вопросы

 

1.              Объяснить причины возникновения кабельных потерь.

2.              Дать определение микро и макроизгибам.

3.              Как меняется затухание оптического волокна при изменении радиуса изгиба волокна.

4.              Как меняется затухание от количества перегибов?

5.              Максимально допустимая величина угла перегиба.

6.              Зависимость NA от угла перегиба.

7.              Максимально допустимое количество изгибов.

8.              Сравнить мощность сигнала на SM и ММ кабеле.

Список литературы

1.              Гроднев И.И., Верник С.М. Линии связи. – М.: Радио и связь, 2005. – 542 с.

2.              Ионов А.Д., Попов Б.В. Линии связи: Учеб. пособие для вузов. – М.: Радио и связь, 2003. – 168 с.: ил.

3.              Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи. – М.: Радио и связь, 2000. – 468 с.: ил.

4.              Убайдуллаев Р.Р. Волоконно-оптические сети. – М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2005. – 268 с.: ил.

5.              Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения. – М.: Компания САЙРУС СИСТЕМС, 1999. – 672 с.: ил.

6.              Елизарова  Е.Ю., Жунусов К.Х Конспект лекций. Направляющие системы связи,- АУЭС.: 2011 – 40 с

Содержание

 

1	Лабораторная работа №1. «Исследование характеристик разъемных соединителей»	4
2	Лабораторная работа №2. «Исследование характеристик аттенюаторов»	9
3	Лабораторная работа №3. «Моделирование процесса  поиска не исправности оптической линии связи с помощью оптического тестера»	13
4	Лабораторная работа №4. «Исследование характеристик оптического  разветвителя 1х2»	17
5	Лабораторная работа №5.  «Исследование характеристик стыка оптических волоконных световодов»	20
6	Лабораторная работа №6. «Исследование затухания вносимого продольным и угловым смещением торцов волоконных световодов»	25
7	Лабораторная работа №7. «Исследование зависимости удельного коэффициента затухания, вносимого изгибом световода от его радиуса»	31
	Список литературы	42

Сводный план 2013г., поз.  131