Измерение межмодовой дисперсии в коротких отрезках многомодовых волоконных световодов

 На практике зачастую встаёт задача измерения межмодовой дисперсии в коротких отрезках (от единиц до десятков метров) многомодовых волоконных световодов. Используемые способы на основе интерферометров Маха–Цендера обладают типичными недостатками, присущими интерферометрическим методам измерений. Цель работы – разработка и экспериментальная реализация рециркуляционного метода определения межмодовой дисперсии в коротких отрезках многомодовых волоконных световодов и оценка погрешности измерений. Проведены исследования рециркуляционного способа измерения межмодовой дисперсии в многомодовых волоконных световодах. Данный метод заключается в измерении разности частот рециркуляции, которые формируются «быстрыми» модами, распространяющимися вдоль оптической оси волоконного световода, и наиболее «медленными», распространяющимися под максимальным углом к оси. Разработан экспериментальный стенд оптоэлектронной рециркуляционной системы, обеспечивающий циркуляцию одиночного оптического импульса с периодическим восстановлением по амплитуде, форме и длительности. Получены зависимости относительной долговременной нестабильности частоты рециркуляции при изменении величины постоянной составляющей тока накачки полупроводникового инжекционного лазера и порога срабатывания компаратора. Установлено, что частота рециркуляции стабилизируется не ранее, чем через 20 мин после запуска рециркуляции в условиях эксперимента, при этом достигается максимальное значение относительной долговременной нестабильности не более 3,5·10–6 при длине многомодового волоконного световода 50 м. При анализе учитывалось изменение задержки срабатывания лавинного фотодиода, связанное с увеличением коэффициента лавинного умножения. Показана эффективность предлагаемого метода при определении межмодовой дисперсии коротких отрезков многомодовых волоконных световодов, для тестового градиентного волокна Corning Inficor 600 50/125 погрешность составила 7 %. Используя полученные данные и решая обратную задачу по восстановлению профиля показателя преломления, получено, что для данного типа многомодового волоконного световода параметр профиля показателя преломления равняется α = 1,96.

1. Камино Дж. Стандарты внутриобъектового многомодового волокна / Дж. Камино // Первая миля. – 2019. – № 3. – С. 42–47. DOI: 10.22184/2070-8963.2019.80.3.42.47

2. Тимофеев А.Л. Использование многомодового волокна для повышения скорости передачи информации / А.Л. Тимофеев [и др.] // Компьютерная оптика. – 2024. – Т. 48, № 5. – С. 681–688. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1445

3. Дмитриев А.А. Волоконно-оптический датчик вибрации на основе SMF-MMF-SMF перехода и наклонной решетки Брэгга / А.А. Дмитриев [и др.] // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. – 2021. – Т. 21, № 6. – С. 801–807. DOI: 10.17586/2226-1494-2021-21-6-801-807

4. Поляков А.В. Рециркуляционный метод измерения температуры волоконно-оптическим датчиком / А.В. Поляков // Проблемы физики, математики и техники. – 2019. – № 2. – С. 36–44.

5. Markvart A.A. Fiber optic SMS sensor for simultaneous measurement of strain and curvature / A.A. Markvart, L.B. Liokumovich, N.A. Ushakov // Technical Physics Letters. – 2022. – Vol. 48, No. 15. – P. 30–33. DOI: 10.21883/TPL.2022.15.55279.18969

6. Cheng J. Time-domain multimode dispersion measurement in a higher-order-mode fiber / J. Cheng [et al.] // Optics Letters. – 2012. – Vol. 37, No. 3. – P. 347–349. DOI: 10.1364/OL.37.000347

7. Zheng X. A measurement method for dispersion in optical fiber communication with long distance / X. Zheng // International Journal of Future Generation Communication and Networking. – 2014. – Vol. 7, No. 6. – P. 1–12. DOI: 10.14257/ijfgcn.2014.7.6.01

8. Liebert A. Fiber dispersion in time domain measurements compromising the accuracy of determination of optical properties of strongly scattering media / A. Liebert [et al.] // Journal of Biomedical Optics. – 2003. – Vol. 8, No. 3. – P. 512–516. DOI: 10.1117/1.1578088

9. Li K. Modal delay and modal bandwidth measurements of bi-modal optical fibers through a frequency domain method / K. Li [et al.] // Optical Fiber Technology. – 2020. – Vol. 55 – P. 102145–5. DOI: 10.1016/j.yofte.2020.102145

10. Li, K. Measuring modal delays of few-mode fibers using frequency-domain method / K. Li, [et al.] // Optical Fiber Technology. – 2021. – Vol. 62. – P. 102474–8. DOI: 10.1016/j.yofte.2021.102474

11. Chen X. Measurements of optical fibers using frequency-domain method: from single mode fiber, polarization maintaining fiber to few-mode, multi-core, and multimode fiber / X. Chen, M.-J. Li // Proc. SPIE. – 2024. – Vol. 12894, Next-Generation Optical Communication: Components, Sub-Systems, and Systems XIII. – P. 128940B. DOI: 10.1117/12.3006523

12. Ahn T.-J. High-resolution differential mode delay measurement for a multimode optical fiber using a modified optical frequency domain reflectometer / T.-J. Ahn, D.Y. Kim // Optics Express. – 2005. – Vol. 13, No. 20. – P. 8256–8262. DOI: 10.1364/opex.13.008256

13. Jin L. Measurement of differential mode group delay in few-mode fiber with correlation optical timedomain reflectometer / L. Jin, [et al.] // Applied Optics. – 2022. – Vol. 61, No. 13. – P. 3579–3582. DOI: 10.1364/AO.457156

14. Поляков А.В. Рециркуляционные оптоволоконные измерительные системы / А.В. Поляков. – Минск: БГУ, 2014. – 208 с.

15. Поляков А.В. Определение дисперсионных характеристик многомодовых оптических волокон рециркуляционным способом / А.В. Поляков, С.И. Чубаров // Датчики и системы. – 2002. – № 3.– С. 12–15.

16. Поляков А.В. Рециркуляционный метод измерения межмодовой дисперсии в многомодовых оптических волокнах / А.В. Поляков, М.А. Ксенофонтов, А.А. Каваленя // Приборостроение–2023: Материалы 16-й межд. научно-технической конференции, Минск, 15–17 ноября 2023г. / М-во образования Респ. Беларусь, БНТУ; редкол.: О.К. Гусев (председ.) и др. – Минск, 2023. – С. 364–365.

17. Гауэр Дж. Оптические системы связи / Дж. Гауэр. – М.: Радио и связь, 1989. – 501 с.

18. Коханенко А.П. Волоконно-оптические линии связи. Физические основы работы оптических волокон / А.П. Коханенко, Ю.В. Маслова. – Томский государственный университете, Томск, 2013. – 64 с.

19. Техника оптической связи. Фотоприемники. / под ред. У. Тсанга, пер.с англ. – М.: Мир, 1988. – 526 с.

20. Фатеев В.Ф. О влиянии волоконно-оптических линий связи на точность сличений стандартов частоты и времени для задач гравиметрии / В.Ф. Фатеев, О.В. Колмогоров, Е.А. Рыбаков // Альманах современной метрологии. – 2020. – № 3. – С. 137–152.