光導纖維中反射光光損測定方法
2023-09-19 19:00:40 1
專利名稱：光導纖維中反射光光損測定方法
技術領域：
本發明涉及纖維光學領域，可用來測定以光導管為基礎的通信網中的輻射衰減率。
已知的光導纖維中反射光光損測定方法(蘇聯專利申請號420427，根據該項申請決定從88年5月30日起發給蘇聯發明證書)包括1)向被檢測光導管中輸入探測輻射脈衝，其波長等於給定形式的光導管中所調定的模式分布長度的一半;2)測量從無載光導管輸出端面反射的脈衝能量N1;3)測量從相距最短的無載光導管的輸出端面和被測光導管的輸入端面彼此反射的脈衝能量N2;4)測量從被測光導管的輸出端面反射的脈衝能量N3;5)以及計算被測光導管單位長度的光損μ。除標準模式裝置以外，所採用的已知方法，就技術實質來說最接近本發明。
測定光損的已知方法的缺點是既不能在兩條相連接的無空氣隙的光導管的連接處進行測定;也不能在任意條互相對接的而有最小空氣隙的光導管連接處進行測定，以及不能在這些光導管的無空氣隙連接處進行測定。
本發明的目的之一是通過保證能測定由任意數量n條相連接的而有最小空氣隙的光導管中的任意第ⅰ條中的光損，來提高測定方法的通用性。
本發明的目的之二是通過測定無載光導管和被測光導管連接處的、也就是任意第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管無空氣隙連接處的光損，來提高測定方法的通用性。
通過下述方法來達到第一個目的，即已知的測定光導纖維中反射光光損的方法包括向第1級光導管輸入探測光脈衝;測定從第1級光導管輸出端面反射的脈衝能量N1;以最小空氣隙對接第1級和第2級光導管，測定從第1級光導管的輸出端面和第2級光導管的輸入端面之間的空氣隙反射的脈衝能量N2;測量從第2級光導管的輸出端面反射的脈衝能量N3;並按照下式計算第2級光導管中的光損2μl2＝2ln(N2-N1)-1nN1-1nN3(1)式中l2-第2級光導管的長度。
本發明建議-以從第ⅰ-1級光導管輸出端面反射的輻射脈衝分量的能量和總功率的形式測定信號N1;
-相應地以從有最小空氣隙的第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管對接端面上反射的脈衝分量的能量或總功率的形式測定信號N2;
-以從第ⅰ級光導管輸出端面反射的脈衝分量的能量或總功率的形式測定信號N3。在根據式(1)算出第ⅰ級光導管全長li中的光損μ之後，無空氣隙地將第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管連接起來，測量從構成整體光導管輸出端面反射的脈衝分量的能量或總功率N4，並根據下式計算第ⅰ接頭處的光損KiKi＝10lg (l)/(τi) ＝(-4.34μili)(5lgN1-5lgN4)＝10lgN1-10lg(N2-N1)+5lgN3-5lgN4(2)式中τⅰ-第ⅰ接頭處的透過係數。
為了實現本發明的第二個目的，在算出長度為l的被測光導管中的光損μ之後，建議將無載光導管和被測光導管無空氣隙地連接起來，測定從構成整體光導管的輸出端面反射的脈衝能量或總功率N4，並按照下式計算接頭處的光損KK＝10lg (l)/(τ) ＝-4.343μl(5lgN1-5lgN4)＝10lgN1-10lg(N2-N1)+5lgN3-5lgN4(3)本發明上述的一些特徵，在這一測定總體中的任何地方從前者沒利用過，也未見過，以此做為本發明的判斷標準是適宜的。這是一種第一流的新發現。
測量任意條相連接的無空氣隙的光導管中的任意第ⅰ條中的光損方法，以及測量在第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管的無空氣隙的接頭處(第ⅰ個接頭處)的光損方法，包括下述順序以及與其關聯的運算1.測量在第ⅰ-1級對接光導管的正反向通過的和從第ⅰ-1級光導管的輸出端面上反射的脈衝分量的能量或總功率N1;
2.將第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管無空氣隙地連接起來，並相應地測量從這兩條光導管之間的空氣隙反射的脈衝分量的總能量或總功率N2;
3.相應地測量從第ⅰ級光導管的輸出端面反射的脈衝分量的能量或總功率N3;
4.按下式計算光導管中的總光損2μili＝2ln(N2-N1)-lnN1-lnN3(4)5.將第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管無空氣隙地連接起來;
6.相應地測量從構成整體光導管的輸出端面反射的脈衝分量的能量或總功率N4;
7.根據式(2)計算第ⅰ個接頭處的光損。
上述方法的優點在於它能測定任意條相連接的光導管中的任意第ⅰ條中的光損，並能測定第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管無空氣隙接頭處的光損。由於光線從光損小的高質量光導管端面上反射比散射大幾個數量級，實際上向光損大的方向擴大了動態範圍，也就是擴大了光纖維通信線路延伸部分的動態範圍。而且在什麼樣的狀態下檢驗全部光導線路，就在這種穩定的模式分布狀態下測定無空氣隙光導管接頭處的光損。
無空氣隙光導管接頭處的光損計算方法包括下述順序以及與其關聯的運算順序1.算出長度為l的被測光導管中的光損μ之後，將對接的無載光導管和被測光導管無空氣隙地連接起來;
2.測定從構成整體的光導管輸出端面反射的脈衝能量或總功率N4;
3.根據式(3)計算接頭處的光損K。
這種方法的優點是在測定被檢測的光導管中的光損的同時，能在這些與由無載光導管所保證的穩定的模式分布狀態相對應的光傳播條件下，定量地計算與無載光導管的無空氣隙接頭處的光損，也就是能定量地計算任意的被測光導管中的光損。
一般特性是由於在接頭的雙重探測區的反射光中進行測定，與在傳播光線中進行測量相比較，接頭處的光損靈敏度增大兩倍。
下面通過附圖來說明本發明。
圖1所示為與本發明相符的在兩條相連光導管的情況下實施該方法的裝置;
圖2所示為與本發明相符的在幾條相連光導管的情況下實施測定方法的裝置。
裝置中包括輻射源1、入射輻射和反射輻射的分離器(分路器)2、反射信號接收器3、光路中相連接的光導管4、第ⅰ-1級光導管5、第ⅰ級光導管6、以及第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管接頭部分7。
按下述方法實施本發明。
為了更好地理解本命題的技術實質，首先來看一下在兩條相連光導管的情況下計算光損的方法，見圖1。
測定從無載光導管4的輸出端面反射的脈衝能量或總功率N1，相應地測定從無載光導管4和被測光導管5對接端面之間的空氣隙反射的脈衝能量和總功率N2，以及測定從被測光導管5的輸出端面反射的脈衝能量或相應的總功率N3，最後按下式計算總光損μl2μl＝2ln(N2-N1)-lnN1-lnN3(5)式中l-被測光導管的長度。
然後將光導管4和5無空氣隙地連接起來。相應地測定從構成整體光導管4-5的輸出端面反射的脈衝能量或總功率N4，它等於
N4＝constφexp(-2μxlx)τ2exp(-2μl)ρ(6)式中因子「const」表徵接收器3的靈敏度和入射輻射與反射輻射的分路器2的透過係數;
φ-輻射源1的脈衝通量、能量或總功率;
μxlx-無載光導管4中的總衰減係數;
μl-被測光導管5中的總衰減係數;
由於信號N1、N2、N3分別等於N1＝constφexp(-2μxlx)ρ (7)N2＝constφexp(-2μxlx)ρ(1+ (1-ρ)/(1+ρ) ) (8)N3＝constφexp(-2μxlx)( (1-ρ)/(1+ρ) )2exp(-2μl)ρ(9)而被檢測光導管中的光損由下式計算exp(-2μl)= (N3N1)/((N2-N1)2) (10)由式(6)和式(7)導出下面的公式，它能分出接頭處的光損
τ2exp(-2μl)= (N4)/(N1) (11)由公式(10)、(11)或者直接由式(6)～(11)算出接頭處的光損KK=1-τ=1- (N2-N1)/(N1)N4N1]]>(12)或者寫成(單位為分貝)K＝10lg 1/(τ) ＝10lgN1+5lgN3-10lg(N2-N1)-5lgN4(13)或者當所求得的光損為μl時，在測定信號N3之後，立刻按下式計算K=1-τ=1-exp(-μl)N4N1]]>(14)或者寫成(單位為分貝)K=10lg1τ10lg［exp(μlN1N4］]]>=(-4.343μl)(5lgN1-5lgN4) (15)在連接n(若干)條光導管的情況下(見圖2)，按下述方式實施測定方法。
由輻射源1經過分路器2以能量或總功率φ的形式向光導線路4入射光脈衝，並通過接收器3測定由來自第ⅰ-1級光導管5(如圖2a所示)的輸出端面的反射脈衝決定的信號N1N1＝constφτ1.2·τ4·τ5·ρ·τ5·τ4·τ2.3＝constφτ1.2·τ2.3·τ42·τ52·ρ (16)式中τ1.2·τ2.3-入射輻射和反射輻射通過分路器的透過係數;
τ4-光路的透過係數;
τ5-第ⅰ-1級光導管5的透過係數;
ρ-端面的反射係數。
然後將第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管(如圖2b所示)以最小空氣隙對接起來。依次測定由來自光導管5和6之間的空氣隙的反射總功率決定的信號N2＝constφτ1.2·τ2.3·τ24·τ25·ρ(1- (1-ρ)/(1+ρ) ) (17)並測定由來自第ⅰ-1級光導管6的反射脈衝決定的信號N3＝constφτ1.2·τ2.3·τ24·τ25(18)由式(16)～(18)算出被檢測的第ⅰ級光導管中的光損μili
exp(-2μili)= (N1N3)/((N2-N1)2) (19)下一步是將光導管5和6無空氣隙地連接起來(圖2c所示)。測定由來自構成整體光導管5-6的輸出端面的反射脈衝決定的信號N4N4＝constφτ1.2·τ2.3·τ42·τ52·τi2exp(-2μili)ρ (20)由式(16)和(20)計算光導管5-6的接頭處7的透過係數τi(N4)/(N1) =τi2exp(-2μili) (21)或者算出第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管接頭處的光損KiKi = 1 - τi =10exp(-μili)N4N1]]>(22)或者寫成(單位為分貝)Ki=1.0lg 1/(τ) ·1Olg(exp(-μili)(N4)/(N1) ］=(-4.343μili)(5lgN1-5lgN4) (23)由式(16)～(20)導出
Ki = 1- τi = 1-N2- N1N1N4N3]]>(24)或者寫成(單位為分貝)Ki＝10lg 1/(τi) ＝10lgN1+5lgN3-10lg(N2-N1)-5lgN4(25)由於計算光導管中的光損時，所有的處於測定裝置前面的光通信線路元件都在固定不變的狀態下，用輻射脈衝進行探測，根據式(19)，測定光損μi的準確度決定於測定反射脈衝△N和光導管長度li的能量參量的準確度。
由於N≈△(N2-N1)≈△N3≈△N4≈△N (26)對式(19)進行微分得△μi＝(2△N/N)(1/li)(27)因此，光導管中輻射光損的計算準確度決定於信號測定的雙倍相對誤差△N/N。
當△N/N＝±0.1%時，△μili＝±0.01分貝;甚至當li＝0.1千米時，△μi＝±0.01分貝;當l＝10千米時，△μi＝±0.001分貝。
第ⅰ-1級和第ⅰ級光導管接頭處的光損測量準確度，根據式(21)取決於信號N1、N4的測量準確度，以及取決於計算總光負μili的準確度，即由式(24)得
△K/K＝±( (2△N)/(N) + 1/2 (2△N)/(N) )＝± (3△N)/(N)(28)或者△K/K≈±( (△N)/(N) +△μili)通常當誤差△N/N＝0.1%時，誤差△K/K＝±0.013分貝(＜±0.15分貝)。
由於散射特性的可重複性僅為±0.1～0.2分貝的程度，所以上述那種在散射光中進行測量的準確度，在反射計上實際上是達不到的。
所推薦的方法與在行進光中進行測量的方法相比，由於光導管接頭處光通量的雙倍行程，保證提高測量準確度不低於後者的兩倍。
本發明可應用於光纖維通信線路的安裝、保養和預防性維護中。
權利要求
1.光導纖維中反射光的光損測定方法包括向第1級光導管輸入探測光脈衝，測定從第1級光導管輸出端面反射的脈衝能量N1、無空氣隙地對接第1級和第2級光導管、相應地測定從第1級和第2級光導管的輸出端面和輸入端面之間的空氣隙反射的脈衝能量N2、測定從第2級光導管輸出端面反射的脈衝能量N3、並按照下式計算第2級光導管中的光損2μl2=2ln(N2-N1)-1nN1-1nN3該方法的特徵是以提高該方法的通用性為目的，保證能夠測定由任意數量相連接的且有最少空氣隙的光導管中的第任意i級光導管中的光損，以及能夠測定第i-1級和第i級光導管無空氣隙連接處(第i個接頭處)的光損。以及第i-1級光導管輸出端面反射的輻射脈衝分分量的能量或總功率的形式測定信號N1；相應地以從第i-1級和第i級光導管的有最小空氣隙的對接端面反射的脈衝分量的能量和總功率的形式測定信號N2；以從第i級光導管的輸出端面反射的脈衝分量的能量或總功率的形式測定信號N3；在按照式(1)計算出長為l的整個第i級光導管中的光損μi之後，無空氣隙地連接第i-1級和第i級光導管，測定從構成整體光導管的輸出端面反射的脈衝分量的能量或總功率N4；並根據下式計算第i接頭處的光損KiKi=10lg 1/(τi) =(-4.343μili)(5lgN1-5lgN4)=10lgN1-10lg(N2-N1)+5lgN3-5lgN4式中τi-第i接頭的透過係數；l2-第2級光導管的長度。
2.根據權利要求1所述的光導纖維中反射光的光損測定方法，其特徵為以提高該方法的通用性為目的，保證能夠測定光導管的無空氣隙接頭處的光損。在計算出長為1的被測光導管中的光損μ之後，無空氣隙地將無載光導管和被測光導管連接起來，測定從構成整體光導管的輸出端面反射的脈衝能量或總功率N4，並按照下式計算接頭處的光損KK＝10lg (l)/(τ) ＝(-4.343μl)(51gN1-51gN4)＝10lgN1-101g(N2-N1)+51gN3-5lgN全文摘要
以提高通用性為目的，保證能測定由任意條相連接的有最小空氣隙的光導管中的任意第i級光導管中的光損和第i-1級與第i級光導管無空氣隙接頭處(第i個接頭處)的光損，其方法是以輻射脈衝分量的能量和總功率的形式依次測定從最後的和中間的光導管端面上反射的、以及從它們的對接端面上反射的脈衝能量，並根據數學表達式計算光損。
文檔編號G01M11/02GK1044987SQ9010048
公開日1990年8月29日 申請日期1990年2月1日 優先權日1989年2月1日
發明者米哈依·A·巴庫謝塔, 弗拉基拉夫·N·克羅耶裡奇考 申請人:中央通訊科學院列寧格勒分部