Приложение D (справочное). Эффекты, возникающие в ОВ при изгибах малого радиуса

Приложение D
(справочное)

Эффекты, возникающие в ОВ при изгибах малого радиуса

D.1 Общие положения

В данном приложении указаны некоторые особенности поведения одномодового ОВ, подвергаемого изгибам особо малого радиуса в зависимости от конструкции ОВ. Информация в приложении основана на практическом опыте нескольких изготовителей ОВ.

Эффекты, описанные в данном приложении, могут воздействовать на качество передачи сигнала. Следовательно, рекомендуется, чтобы рабочие характеристики ОВ подтверждались в реальных условиях эксплуатации, например значения длины волны, значения радиуса изгиба и длина изгибаемого волокна,

D.2 Интерференция между распространяющимися и излучаемыми модами

При измерении потерь, вызванных макроизгибами при малых радиусах изгиба, вторичный эффект, возникающий вследствие интерференции между основной распространяющейся модой в сердцевине и излучающими модами, может появляться, если длина изогнутого образца не является достаточной для подавления излучающих мод. При данном эффекте распространяющийся оптический сигнал излучается из сердцевины изогнутого ОВ и отражается обратно от искривленных границ раздела за пределами сердцевины (например, сердцевина - оболочка или оболочка - покрытие, или покрытие - воздух, так же как при так называемом эффекте шепчущей галереи, интерферируя таким образом с распространяющейся модой. При определенных условиях расположения ОВ в нем могут возникать конструктивные и деструктивные эффекты, приводящие к колебаниям в потерях оптического сигнала, вызванных спектральной зависимостью.

Так как существует вероятность влияния этих эффектов на потери в ОВ, то можно применить процесс аппроксимации кривой для обработки спектральных потерь; данная аппроксимация должна основываться на экспоненциальном характере отношения потерь к значению длины волны. При аппроксимации ожидается получение значений, которые могли бы быть получены при значительном уменьшении влияния эффектов интерференции, что могло бы иметь место при проведении испытания на ОВ с некоторым числом оборотов, достаточно большим для подавления эффектов интерференции или использования геля для компенсации эффектов отражения в ОВ. Однако методика аппроксимации позволяет проводить и завершать измерения без использования непрактичных измерительных установок и условий проведения измерений.

Пример данного колебательного поведения и возможная аппроксимирующая кривая (A) представлены на рисунке D.1. Два последовательных размещения ОВ в испытательном устройстве при R = 7,5 мм и восемнадцати изгибах на 180° (размещение ОВ полуоборотами) представлены на графике разными кривыми потерь, но совпадающими с аппроксимирующей кривой.

При проведении аппроксимации при нахождении на графике точек максимума и минимума нужно удостовериться в том, что этих точек достаточное число, например четыре, так чтобы их влияние уравновешивалось.

Рисунок D.1 - Кривые потерь в ОВ по отношению к аппроксимирующей кривой

Схожее колебательное поведение можно наблюдать в случае фиксированного значения длины волны для изменяющегося значения радиуса и/или для изменяющейся температуры; в этом случае также возможно применение методики аппроксимации:

- потери, вызванные изгибом (дБ) = ; потери, вызванные изгибом (дБ) = .

Вследствие статистической природы (до некоторой степени) явления интерференции рекомендуется проводить аппроксимацию кривой от точки начала потерь, вызванных изгибами ОВ, для установленной длины волны.

Для оптимизации аппроксимирующей кривой по данным измерения используют разные методы. Хорошо известен метод наименьших квадратов, при использовании которого минимизируется сумма квадратов разностей между измеренным и аппроксимированным значениями. В других случаях, например, минимизируют "среднее минус медианное" - разность между измеренным и аппроксимированным значениями или минимизируют "среднее" или "медианное" между измеренным и аппроксимированным значениями. Для аппроксимации кривой могут использоваться такие инструменты, как Excel Solver.

Если вышеуказанным методом не удается получить аппроксимирующую кривую, то используют другие методы:

,

(D.1)

где - потери, вызванные изгибами, дБ.

Для представления аппроксимирующей кривой в виде линейного графика берут натуральный логарифм от левой и правой стороны вышеуказанной формулы

,

(D.2)

где - потери, вызванные изгибами, дБ.

Построение аппроксимирующей кривой в виде линейного графика с использованием метода наименьших квадратов дает возможность использования относительно простого аналитического выражения. Это выражение упрощает расчеты в реальном времени аппроксимирующих коэффициентов при проведении измерения. Недостатком данного метода вследствие применения натурального логарифма является то, что предпочтение отдается измеренным значениям для более низких значений длины волны, в то время как для анализа представляют интерес области больших значений длины волны, например 1550 нм и 1625 нм. Данная проблема может быть решена с использованием метода взвешенных наименьших квадратов, при котором значениям потерь для больших длин волн соответствуют большие весовые коэффициенты.

Все описанные методы обеспечивают хорошую корреляцию аппроксимированных графиков с измеренными значениями. Более важно, что из этих графиков можно получить с достаточной точностью значения потерь, вызванных изгибами, для установленных значений длины волны, например 1550 нм и 1625 нм.

Интерференция между фундаментальной модой и модами в оболочке и поглощающем покрытии может быть устранена путем измерения потерь в ОВ, имеющем изгибы, при его погружении в жидкость, имеющую показатель преломления выше, чем показатель преломления наружного покрытия ОВ. При проведении измерений в таких условиях можно получить хорошие результаты измерения собственных потерь ОВ вследствие изгибов, которые могут использоваться для оценки методов оптимизации аппроксимирующей кривой.

Точность аппроксимации кривой зависит от диапазона длин волн, используемого при измерениях, и общего количества полученных точек. Большее количество точек повышает точность аппроксимации. При этом на измерения, по результатам которых получены эти точки, не должны влиять вводимые моды высоких порядков,

D.3 Поляризационные эффекты

При измерении потерь, вызванных макроизгибами при очень малых значениях радиуса изгиба, поляризация распространяющегося или излучаемого света может влиять на результат измерения. Так как свет, выходящий из волокна, несколько раз отражается от разных границ раздела (например, оболочка - покрытие, покрытие - воздух, покрытие - контактирующие материалы), то поляризация в некоторой степени может присутствовать даже при использовании неполяризованных источников света. Такие потери, вызываемые поляризацией (PDL), являются функцией от значения длины волны и должны учитываться при сравнении результатов, полученных при разных измерениях или в разных лабораториях.

D.4 Повреждения, вызываемые высокой мощностью излучения источника

В некоторых экстремальных условиях (очень высокая мощность излучения источника, очень крутые изгибы) температура покрытия и стекла может подниматься до очень высоких значений, в конечном итоге приводя к разрушению покрытия и стекла. Однако данные экстремальные условия не являются типовыми при развертывании и эксплуатации стандартных телекоммуникационных сетей. Подробная информация об этом явлении приведена в [4].