2 J 4

Рис. 10.12. Ьхема установки для измерения профиля показателя преломления

ОВ методом отражения: 1-лазер; 2-механический модулятор; 3-поляроид; 4-пластина \14; 5-коллимиру-ющая система; 6-делительная пластина; 7-фотодиод; 8-шфровон вольтметр; 9- измеряемое ОВ; , 10-объектив микроскопа; II-цифровой вольтметр; 12-1£ювета с иммерсионной жидкостью; 13-фотодиод; 14-синхронный усилитель; 15-экран; 16-двухкоординатный самописец

»

Длина образца должна быть, около 2 м, в этом случае влияние вытекающих мод на результаты измерений исключается.

Наиболее простым является метод, основанный на явлении отражения света от различных элементов поверхности поперечного сечения волокна. На рис. 10.12 приведена соответствующая схема измерения профиля показателя преломления.

Излучение одномодового лазера / фокусируется на торец образца 9 и измеряется коэффициент отражения при сканировании торца сфокусированным пятном. Визуальный контроль осуществляется на экране 15 с помощью делительной пластины 6. Для устранения отражений от выходного торца волокна последний погружен в иммерсионную жидкость в кювете 12. Для повышения четкости отсчетов применяется четвертьволновая пластина 4, которая в сочетании с линейно поляризованным излучением лазера устраняет паразитные отражения и засветки.

Мощность излучения отраженного от различных участков поперечного сечения (торца) волокна фиксируется на двухко-ординатном самописце 16 и может быть отсчитана на приборе , показания которого проградуированы в единицах измеряемых значений.

Погрешность этого метода порядка 10""* при пространственном разрешении около 1 мкм. Данный метод может быть применен и для одномодовых волокон.

Измерение длины волны отсечки и диаметра поля моды одномодового волокна. Теория, описывающая структуру поля в ОВ, показывает, что всегда можно представить себе такое одномодовое волокно со ступенчатым профилем показателя

преломления, которое имеет ту же постоянную распространения й структуру поля, что и одномодовое волокно с произвольным профилем и (г). Единственным ограничением этого положения является требование сохранения знака производной и(/-) на всем интервале Ога.

Таким образом, для практических целей реальное одномодовое волокно, у которого профиль п[г) не является строго ступенчатым, можно заменить эквивалентным волокном с идеальным ступенчатым профилем, имеющим другой радиус сердцевины.

Распределение поля основной моды в одномодовых волокнах вблизи длины волны отсечки можно аппроксимировать функцией Гаусса. Указанные принципы эквивалентности, а также вид аппроксимации используются при расчетах и принятых методах измерений длины волны отсечки Х, при которой возникает следующая мода (после моды НЕц), и диаметра поля основной моды.

При длине волны Хс волокно перестает быть одномодовым. В одномодовом прямолинейном волокне с идеальным ступенчатым профилем п{г) длина волны отсечки

X, = {2na/3,405)ni/2A=l,S44aNA, . (10.21)

где NA = nyj2A-числовая апертура.

В реальных волокнах длина волны отсечки меньще, чем Хс, полученная по формуле (10.21), по следующим причинам: реальный профиль отличен от идеального ступенчатого; суще-ствуют макроизгибы относительно малого радиуса, а также микроизгибы, нарушающие теоретическую структуру поля. Вторая из указанных причин более существенно влияет на отклонение величины Хс от той, которая соответствует идеальным условиям.

Диаметр поля основной моды w характеризует распределе-Лрие энергии в поперечном сечении одномодового волокна и определяет потери на рассеяние, связанные с различными неоднородностями. Кроме того, диаметр поля основной моды определяет потери на соединениях. Следует отметить, что. Зная зависимость w==/(?i), можно определить Х,. (что используется в некоторых методах измерения Х,.).

Непосредственный метод измерения w заключается в сканировании поперечного сечения излучающего торца одномодового волокна фотоприемным устройством и в определении границы мощности на уровне е~. Реализация указанного принципа имеет свои модификации: К а) метод ближнего поля, при котором распределение мощности снимается микроскопом при высокой степени его фокусировки непосредственно у поверхности торца;

Рис. 10.13. Измерение диаметра основной моды: 1-лазер; 2-фильтр оболочечных мод; 3-устройство ввода; 4-входное одномодовое волокно; 5-соединительная муфта с зазором; б выходное одномодовое волокно (идентичное входному); 7-фотоприемник; 8-измеритель мощности

б) метод дальнего поля, при этом распределение мощности находится сканированием фотодетектором дальнего поля, излучаемого торцом;

в) метод относительного поперечного смещения двух идентичных одномодовых волокон; в этом методе применяется специальное трехкоординатное юстировочное устройство, дающее возможность с большой точностью определить полярные координаты перемещаемого торца волокна относительно неподвижного торца другого волокна.

Для устрайения потерь на отражение и дифракционные явлеьшя, нарушающие точность измерений, торцы помещены в иммерсионную жидкость на расстоянии около 5 мкм друг от друга.

Очень удобен косвенный метод измерения w, не требующий сканирования (рис. 10.13). Этот метод использует соотношение

fl(?.)6=101g 1-f ""

(10.22)

где а()дб-затухание зазора между идентичными торцами одномодовых волокон, заполненного иммерсионной жидкостью; 8-длина зазора; "к-длина волны, на которой измеряется затухание. Это соотношение справедливо для гауссова описания пятна первой моды.

Значение 8 выбирается около нескольких микрометров. Для выбранного значения к измеряется затухание зазора, и по формуле (10.22) определяется значение w. Процесс измерения проводится следующим образом. Излучение от лазера 1 через фильтр оболочечных мод 2 и устройство ввода 3 подается на входное волокно 4, подлежащее измерению. Выход волокна 4 подключается к входу фотоприемника 7 и измеряется мощность с помощью измерителя 8 на выходе этого волокна; затем через муфту с зазором 5 включается выходное волокно 6 и измеряется мощность на его выходе (условия ввода мощности на входе 4 остаются при этом неизменными).

Затухание

где P/ii и Рб()-мощности на выходе 4vi6; «(А.)-затухание выходного волокна.