SU1536233A1 - Способ определени модовых задержек в волоконно-оптических волноводах и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к средствам определени  модовых задержек в волоконно-оптических волноводах, и может примен тьс  дл  исследований систем оптической св зи. Изобретение позвол ет повысить точность определени  модовых задержек за счет увеличени  отношени  сигнал/шум. В испытуемый волновод ввод т излучение с числовой апертурой, превышающей числовую апертуру испытуемого волновода, и определ ют модовые задержки по приведенному соотношению. Модулированное излучение попадает в оптическую систему формировани  пучка, состо щую из последовательно расположенных четвертьволновой пластинки 4, объектива 5, диафрагмы 6 и объективов 7 и 8. Часть волновода закреплена в кювете 9 с иммерсионной жидкостью 10. Выходной торец волновода св зан с фотоприемником 11. Обработка выходного сигнала производитс  вычислительным устройством 19. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Description

Фш.1

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к средствам определени  модовых задержек в волоконно-оптических волноводах, и может Примен тьс  при производстве и до  исследований волоконно-оптических волноводов , предназначенных дл  систем оптической св зи и передачи информации .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  модовых задержек за счет увеличени  отношени  сигнал/шум.

На фиг. 1 показана блок-схема предложенного устройства; на фиг„ 2 - повета, осевой разрез.

Устройство содержит последовательно расположенные лазер 1, например гелий-неоновый, модул тор 2, пропус- знание которого измен етс  под действием сигнала генератора 3 гармонических колебаний. Далее излучение попадает :з оптическую систему формировани  пучка , состо щ ую из последовательно рас- положенных четвертьволновой пластинки 4, объектива 5, например 3-кратного , диафрагмы 6 (диаметром 50 мкм) |и объективов 7 и 8 (например, 5 и 20 Микрообъективов). Часть входного кон- да испытуемого волновода без ного покрыти  закреплена в кютнггз 9 с иммерсионной жидкостью 10, коэффициент преломлени  которой равен или превышает коэффициент преломлени  на юси волновода. Выходной конец волновода св зан с фотоприемником 11} элекрический сигнал которого, пройд  узкополосный фильтр 12, подаетс  на первые входы умножителей 13 и 14. Вто рой вход умножител  13 подключен к второму выходу генератора 39 первый выход генератора - к модул тору 2. Второй вход умножител  14 подключен к выходу фазовращател  15, вход кото- рого подключен к второму выходу генератора 3. Выходы умножителей 13, 14 подключены соответственно к входам интеграторов 16, 17, а их выходы соединены с раздельными входами знало- го-цифрового преобразовател  18, например Ф7077/1. Выход АЦП подключен к входу вычислительного устройства 19 например Электроника ДЗ-28. Первый выход этого устройства подключен к алфавитно-цифровому печатающему уст- ройству (АЦПУ) 20, второй выход - к исполнительному механизму трехко- ординатного устройства 21 линейного

перемещени , который жестко соединен с кюветой 9„ Диафрагма 6 расположена в задней фокальной плоскости объектива 5, котора  одновременно  вл етс  передней фокальной плоскостью объектива 7.

Основными элементами кюветы 9 (Ьиг. 2)  вл ютс  входное окно 22 (покровное стекло), выходное окне 23, капилл р 24, расположенный в центре выходного окна, основание 25, которое жестко крепитс  к трехкоординат- ному устройству 21 линейного перемещени . Часть испытуемого волновода (10 мм) без защитного покрыти  входит сквозь капилл р 24 до упора к стеклу 22 и полностью иммерсируетс .

Способ осуществл ют следующим образом .

Излучение лазера 1, модулирован™ ное по интенсивности v-зрмоническим сигналом частоты ,70 от генератора 3 в модул торе 2 через четвертьволновую пластинку 4S преобразующую линейную пол ризацию в круговую, направл ют на объектив 5, в задней фокальной плос-ости которого отверстие диафрагмы с слулит вторичным истчником излучени  и пространственным фильтром. Объективы 7,8 трансформируют излучение из отверсти  диафрагмы 6 в пучок с числовой апертурой 0,5 и диаметром п тна 2 мкм в задней фокальной плоскости объектива 8, с которой совпадает входной торец испытуемого квазипараболического волновода. При сканировании по командам вычислительного устройства 19 п тна излучени  по входному торцу волновода лучи, вход щие в волновод под углами, большими угла захвата направл емыми модами (Фиг. 2), рефрагируют из волновода в иммерсионную жидкость 10. На фиг«.2 показано: sin 0 - локальна  числова  апертура волновода в точке входного торца с координатой г; sin У - числова  апертура возбуждающего пучка. С выходного торца испытуемого волновода излучение поступает на фотоприемник 11, где преобразуетс  в электрический сигнал той же частоты Q0 . Далее сигнал после фильтрации в узкополосном фильтре 12 поступает на первые входы умножителей 13, 14. На второй вход умножител  13 поступает гармонический сигнал с частотой $20 с второго выхода генератора 3, а на второй вход умножител  14 поступает тот

же сигнал, но со сдвигом по фазе на -90 в фазовращателе 15. На выходе умножител  13 сигнал описываетс  выражением

А, A(x)cos(Qot - P B0cos(Q0t) )+ cos( ф) , а на выходе умножител  14

Вычисл ют мощность сигнала на выходе испытуемого волновода дл  каждого значени  k

г-j 12

1к(х) (х) + (х)

10

и фазу

Фк(х) - arctg bag) ..

(1)

,/ ч , тч- / олРч Аппроксимируют значени  1„ (х) и

В, A(x cos aet-Ф )-B0cos(C70t -90 ) - (х) сплайн функци ми и получак т

. АЫ&Гв1пф -sin( -Ф)1, выражени  Тд(х) и Ps(х). Вычисл ют 2 L° -1 модбвые задержки по формуле

где ф $ (х) - фазовый сдвиг, обусловленный модовым характером распростране- ни  излучени  в испытуемом волноводе; А(х) - амплитуда колебани 

электрического сигнала на выходе фильтра 12; В0 - амплитуда гармонического сигнала на втором выходе генератора 3 С выходов умножителей 13, 14 сигналы А,   В, поступают на входы интег- раторов 16, 17, в которых выдел ютс  средние значени  сигналов:

Аа(х) cos

Вг(х)

9(х); ).

С выходов интеграторов сигналы Аг и Вг поступают на разные входы аналого-цифрового преобразовател  18, в котором они преобразуютс  в цифровую форму, и далее поступают на вход вычислител  19, где запоминаютс  и осуществл етс  алгоритм расчета модовых задержек.

Этот алгоритм заключаетс  в следующем . Дл  фиксированных значений параметра х (г/а)2 в вычислителе 19 запоминаютс  значени  сигналов

А50с) AOOBocos(x) и B2u(x) A l sinCyx),

где k - целое число, kMa)c n, an- количество дискретных значений координаты г радиуса испытуемого волновода.

0

5 0

5

0 5

0

5

Ј(х)

Q

ГФв(х)

I L

arctc Is(x)-dPsQO/dxfl arCtgUl5(x)/dx / 5 (2)

Дл  устранени  при измерении погрешности , св занной с фазовой задержкой сигнала в электрических цеп х , обламывают испытываемый волновод со стороны выходного торца без изменени  условий возбуждени  на входном торце так, чтобы оставша с  длина волновода была не более 1 м, совмещают оси пучка и волновода и определ ют фазовую задержку фэ электрического сигнала по формуле (1). По формуле (2) определ ют модовые задержки, где вместо 5 00 используют значени  Р5(х) .

На вход аналого-цифрового преобразовател  выдаютс  из вычислител  дл  регистраци на твердом носителе значени  х (г/а)2 и Ј(х), т.е. нормированный параметр направленных мод х соответствующее ему значение модовых задержек.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  модовых задержек в волоконно-оптических волноводах, заключающийс  в том, что в испытуемый волновод ввод т пучок амплитудно-моду- лированного гармоническим сигналом монохроматического излучени  с размером п тна, меньшим диаметра сердцевины волновода, сканируют этот пучок поперек торца волновода, преобразуют излучение, прошедшее испытуемый волновод , в электрический сигнал, измер ют его амплитуду и разность фаз между ним и гармоническим сигналом и вычисл ют модовые задержки, о т л и-. чающийс  тем, что, с целью повышени  точности определени  модовых задержек за счет увеличени  отношени  сигнал/шум, в испытуемый волновод ввод т пучок излучени  с числовой апертурой, превышающей числовую апертуру испытуемого волновода, а модовые задержки вычисл ют по формуле

   , /Кх).(х)1 arctgdx

   ;(х)

   JL

   Q,

   9(х)

   де х (г/а)2 So Р(х)

   Кх) нормированный параметр , соответству- $ ющий определенной группе мод; текуща  координата вдоль радиуса волновода;20 радиус сердцевины волновода; частота гармонического .сигнала; разность фаз электри- 25 Ческого сигнала на выходе испытуемого волновода и гармонического сигнала; амплитуда электрического сигнала о

   30

   с
2. 2. Устройство дл  определени  мо- довьгх задержек в волоконно-оптических волноводах, содержащее последовательно установленные источник монохроматического излучени , модул тор, оптическую систему формировани  пуч

   $ 0 5

   ка, кювету с иммерсионной жидкостью, в которой закреплен входной торец испытуемого волновода с удаленным защитным покрытием, фотоприемник, оптически св занный с выходным торцом испытуемого волновода, соединенный через полосовой фильтр с первыми входами двух умножителей, выход каждого из которых соединен с входом одного из двух интеграторов, выходы которых подключены к раздельным входам аналого-цифрового преобразовател , выход которого подключен к входу вычислительного устройства, генератор гармонического сигнала, выход которого соединен с модул тором, с вторым входом первого умножител  и через фазовращатель с вторым входом второго умножител , а выход вычислительного устройства соединен с исполнительным механизмом трехкоординатного устройства линейного перемещени , на котором установлена кювета, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности

   определени  медовых задержек за счет увеличени  отношени  сигнал/шум, оптическа  система формировани  пучка состоит из четвертьволновой пластинки , трех объективов и диафрагмы, расположенной в задней фокальной плоскости первого объектива, котора  совпадает с передней фокальной плоскостью второго объектива, причем числова  апертура третьего объектива, установленного на выходе системы, превышает числовую апертуру испытуемого волновода .