DE3512186A1 - Verfahren zur ueberpruefung von optischen rueckstreu-messgeraeten und pruefanordnung zur ausuebung des verfahrens - Google Patents

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH PHD 85-Ό53

Verfahren zur Überprüfung von optischen Rückstreu-Meßgeräten und Prüfanordnung zur Ausübung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Überprüfung von optischen Rückstreu-Meßgeräten (OTDR), bei welchem in den optischen Ausgang des Rückstreu-Meßgerätes mittels eines optischen Meßsenders optische Signale vorbestimmter und auf unterschiedliche Werte einstellbarer Großen eingespeist und mit den durch einen optischen Empfänger des OTDR gebildeten Meßinformationen verglichen werden, und eine Prüfanordnung zur Ausübung des Verfahrens.

Das Rückstreu-Meßverfahren hat in der Optischen Nachrichtentechnik weite Verbreitung gefunden, da damit die lokale Dämpfung von Lichtwellenleitern, die Einfügungsdämpfung von Spleißen und Steckern, sowie die Faserlänge und die Orte von Störungen in einfacher Weise von einem Faserende aus gemessen werden können (Appl.Öpt.15, 1976, S.2112 oder AEÖ 34, 1980 S. 157). Rückstreu-Meßgeräte werden für verschiedene Wellenlängenbereiche sowohl für viel- wie einwellige Glasfaserleitungen hergestellt.

Bei der Entwicklung, der Produktion und beim Einsatz dieser Meßgeräte besteht die Notwendigkeit, die Eigenschaften des optischen Empfängers zu prüfen, insbesondere die Linearität und die Grenzempfindlichkeit. Da das rückgestreute Signal die Testfaser zweimal durchläuft und da die üblichen OTDR's (optical time domain reflectometer) mit direktem Photoempfang arbeiten, sind die Anforderungen an den Dynamikbereich und die Linearität des optischen Empfängers sehr hoch. Für eine geforderte Einwegreichweite des Rückstreu-Meßgeräts von

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beispielsweise 20 dB_Opt muß die elektrische Dynamik mindestens 80 dB_ei betragen. Um Meßfehler zu vermeiden, darf der Linearitätsfehler in diesem großen Dynamikbereich nicht größer als etwa 1 % sein.
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Die Auswertung der gemessenen Rückstreukurve wird besonders einfach, wenn das Rückstreusignal in dem Rückstreu-Meßgerät logarithmiert wird, so daß der optische Pegel als Funktion des Ortes in der Leitung linear graphisch dargestellt werden kann. Daher enthalten Rückstreu-Meßgeräte einen Logarithmierer.

Linearitätsfehler entstehen u.a. in dem Photodetektor, in dem AD-Konverter (bei digitaler Signal-Verarbeitung), in den elektronischen Verstärkern und in dem Logarithmierer.

Die Linearität der Empfänger-Kennlinie muß überprüft und die Reichweite des OTDR's muß ermittelt werden. Die Reichweite wird üblicherweise durch den optischen Pegelabfall vom Faseranfang bis zu demjenigen Punkt definiert, für den das Rückstreusignal den gleichen Pegel wie das unvermeidliche Rauschsignal besitzt.

Die beiden Meßaufgaben, Linearitäts- und Reichweite-Ermittlung, wurden bisher wie folgt gelöst. Die integrale Empfängerkennlinie, d.h. der Zusammenhang zwischen der Ordinate in der graphischen Darstellung und der optischen Eingangsleistung, wurde z.B. statisch mit Hilfe eines optischen Meßsenders einstellbarer Ausgangsleistung gemessen. Problematisch dabei ist der relativ große Fehler variabler optischer Dämpfungsglieder. Zur Bestimmung der Reichweite wurde die Rückstreuung aus einer Faser bekannter Dämpfung untersucht. Bei diesem Verfahren sind bei Rückstreu-Meßgeräten großer Reichweite Testfasern sehr 35

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großer Länge erforderlich, z.B. muß die Faserlänge bei einer Faserdämpfung von 0.5 dB/km und einer Reichweite von 20 dB_Opt 40 km betragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welches mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Überprüfung der optischen Charakteristik eines OTDR, insbesondere der Linearität und der Reichweite, erlaubt. Weiterhin soll eine einfache Prüfanordnung zur Ausübung dieses Verfahrens gefunden werden.

Die Lösung gelingt dadurch, daß die optischen Signale in Form eines stetig von einem vorbestimmten Maximalwert mit vorgegebenem zeitlichen Verlauf abfallenden Funktionssignal eingegeben werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Vorteilhaft wird zum Prüfen eines Rückstreu-Meßgerätes, welches einen Logarithmierer enthält, ein optischer Sender benutzt, der vom Rückstreu-Meßgerät getriggert eine Folge von optischen Exponentialimpulsen abgibt. Damit wird das aus einer Faser mit längenunabhängiger Dämpfung rückgestreute Signal nachgebildet. Bei Faserdämpfungen zwischen 0.2 dB/km und 20 dB/km muß die Zeitkonstante der optischen Exponential-Impulse zwischen 1/us und 100/us liegen.

Zur Erzeugung der optischen Exponentialimpulse wird gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß die von einem phosphoreszierendem Material abgestrahlte Lichtleistung nach Abschaltung der Eregung zeitlich streng exponentiell abklingt (dtv-Lexikon Physik 1970).

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Phosphore mit Zeitkonstanten in dem gewünschten Intervall sind z.B. ZnO: 1/us, CaWo4: 11 /us. Die Zeitkonstanten lassen sich durch Verändern der Temperatur variieren. ZnO hat die Emissionswellenlänge 317 nm und CaW04 4 55 nm. 5

Das Prüfgerät für Rückstreu-Meßgeräte gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält im wesentlichen ein phosphoreszierendes Material mit einer passenden Emissionswellenlänge und einer geeigneten Abklingzeit. Dieses Prüfgerät erzeugt Testsignale, die den Rückstreusignalen aus Fasern sehr ähnlich sind. Die optische Leistung in den Test'signalen klingt mit der Zeit streng exponentiell ab, so daß Nichtlinearitäten sehr einfach an Abweichungen der Rückstreu-Kurve von einer Geraden zu erkennen sind. Ebenso ist die Reichweite des OTDR einfach aus dem Pegelabfall zu bestimmen, für den das simulierte Rückstreusignal im Rauschpegel versinkt. Da der Pegel des rückgestreuten Signales außerordentlich klein ist, können Phosphore mit geringem Wirkungsgrad und anregende Lichtquellen geringer Ausgangsleistung eingesetzt werden. Das Prüfgerät ist einfach und verwendet keine teuren Bauteile. Es kann daher nicht nur in der Produktion und im Prüffeld zur Kontrolle und evtl. Korrektur der Kennlinie, sondern auch im Feld zur schnellen Kontrolle der Funktion des OTDR's verwendet werden. Unter Umständen besteht auch die Möglichkeit, in jedes OTDR ein Prüfgerät gemäß der Erfindung einzubauen. Dies würde einen Selbsttest und ggf. Selbstabgleich des OTDR's ermöglichen.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung einer in der Zeichnung dargestellten erfindungsgemäßen Prüfanordnung näher erläutert.

Gemäß der Figur wird das Prüfgerät 3 mit einer Anschluß-Faser 9 an den Faseranschluß 2 des OTDR 1 angeschlossen.

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Das im Normalbetrieb arbeitende OTDR 1 liefert eine Folge von Laserimpulsen 14 an das Prüfgerät 3. Diese werden im Innern des Prüfgerätes 3 über einen Strahlteiler 4 in Pfeilrichtung 10 auf einen Photoempfänger 5 geführt, der Triggerimpulse 11 erzeugt und damit eine schaltbare Lichtquelle 6, nämlich eine kurzwellige LED abschaltet. Das von der Lichtquelle 6 emittierte Licht (Pfeilrichtung 15) regt die phosphoreszierende Substanz 7 zum Nachleuchten an. Das von dieser Substanz emittierte Licht (Pfeilrichtung 12) wird über ein optisches Dämpfungsglied 8 und den Strahlteiler 4 zurück zum Faseranschluß 2 des OTDR's geführt. Nach einer der Wiederholrate des OTDR angepaßten Zeit schaltet sich die Lichtquelle 6 zur Anregung des Phosphors selbsttätig wieder ein.

Nach jedem Laserimpuls emittiert das phosphoreszierende Material 7 also einen optischen Exponentialimpuls (15) in den Eingang des OTDR, simuliert damit also ein Rückstreusignal. Der Pegel des simulierten Rückstreusignals kann mit Hilfe des Stromes durch die LED 6 und des optischen Dämpfungsgliedes 8 dem Pegel üblicher Rückstreusignale angeglichen werden. Das kann durch Regelkreise automatisiert werden.

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Claims (9)

t ·.- a * α S ft. * *= Jt (ι · η e> e- if PHD 85-053 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Überprüfung von optischen Rückstreu-Meßgeräten (OTDR), bei welchem in den optischen Ausgang des Rückstreu-Meßgerätes mittels eines optischen Meßsenders optische Signale vorbestimmter und auf unterschiedliche Werte einstellbarer Größen eingespeist und mit den durch einen optischen Empfänger des OTDR gebildeten Meßinformationen verglichen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Signale in Form eines stetig von einem vorbestimmten Maximalwert mit vorgegebenem zeitlichen Verlauf abfallenden Funktionssignals eingegeben werden

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folge von Funktionssignalen eingegeben wird, die jeweils nach Beendigung der Sendeimpulsdauer des OTDR vom Meßsender erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Funktionssignale durch den Sendestrahl des OTDR getriggert wird.

4. Prüfanordnung zur Ausübung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-3,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale;

- ein optischer, mit dem Faseranschluß (2) eines OTDR (1) zu verbindender Anschlußleiter (9) ist mit dem Eingang eines Strahlteilers (4) verbunden

- ein vom Strahlteiler (4) abgelenkter Strahl ist auf den Eingang eines Photoempfängers (5) gerichtet (Pfeil 10),

- das elektrische Ausgangssignal (11) des Photoempfängers (5) ist als Triggerimpuls dem optischen Meßsender (6,7,8) zugeführt,

- das vom Meßsender (6,7,8) erzeugte optische Funktionssignal (Pfeile 12,13) ist durch den Strahlteiler (4) in den Faseranschluß (2) des OTDR (1) geleitet.

5. Prüfanordnung nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsender ein Funktionssignal (12) erzeugt, dessen Intensität nach einer Exponentialfunktion abklingt.

6. Prüfanordnung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Meßsender ein phosphoreszierendes Element (7) enthält, welches von einer durch den Triggerimpuls (11) abschaltbaren Lichtquelle (6) bestrahlt wird.

7. Prüfanordnung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (6) eine insbesondere kurzwellige LED ist.

8. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 4-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendestrahl (12,13) des Meßsenders hinsichtlich Anfangsintensität und oder zeitlicher Abfallcharakteristik der Intensität justierbar ist.

9. Prüfanordnung nach einem der Ansprüche 4-8, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Sendestrahl (12) des Meßsenders (6,7) über ein einstellbares optisches Dämpfungsglied (8) geleitet ist.

ORIGINAL SiiSPSOTI