Физическое моделирование магнитооптического эффекта и влияния температуры на оптическое волокно и места его соединения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 656.254.7(07)

ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МАГНИТООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА И ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО И МЕСТА ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

Валерий Евгеньевич Митрохин

Омский государственный университет путей сообщения, 644046, Россия, г. Омск, пр. К. Маркса, 35, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Системы передачи информации», тел. (3812) 310694, e-mail: mitrokhin@list.ru

Алексей Викторович Тараскин

Омский государственный университет путей сообщения, 644046, Россия, г. Омск, пр. К. Маркса, 35, аспирант кафедры «Системы передачи информации», тел. (3812) 310694, e-mail: taraskin.a.b@mail.ru

В статье представлена физическая модель и приведены результаты измерения влияния магнитного поля на коэффициент затухания оптического волокна на рабочей длине волны. Проведена оценка влияния температуры на места сварки строительных длин оптических кабелей.

Ключевые слова: магнитооптический эффект, оптическое волокно, затухание, модо-вое поле.

PHYSICAL MODELING OF MAGNETOOPTICAL EFFECT AND INFLUENCE OF TEMPERATURE ON OPTICAL FIBER AND PLACE OF ITS CONNECTION

Valery E. Mitrokhin

Omsk State Transport University, 644046, Russia, Omsk, 35 Marksa pr. doctor of technical sciences, professor, head of transmission system, tel. (3812)31-06-94, e-mail: mitrokhin@list.ru

Alex V. Taraskin

Omsk State Transport University, 644046, Russia, Omsk, 35 Marksa pr. postgraduate of transmission system, tel. (3812)31-06-94, e-mail: taraskin.a.b@mail.ru

The paper presents the physical model and the results of measurements of the magnetic field on the attenuation of optical fiber at the operating wavelength. The influence of temperature on the welding construction ka long optical cables.

Key words: magneto-optical effect, optical fiber, attenuation, mods field.

В настоящее время волоконно-оптическая среда является основной средой передачи информации на магистральной и внутризоновой сетях связи, т.к. волоконно-оптический кабель имеет большое преимущество перед кабелями с медными жилами. К их числу относится: большие длины регенерационных участков; отсутствие влияния одного волокна на другое, что позволяет уйти от системы с двумя кабелями; большая пропускная способность оптического кабеля; высокая помехозащищенность и многое другое. Все эти преимущества привели к тому, что волоконно-оптический кабель очень быстро вытесняет аналоговые и цифровые, работающие на кабеле с медными жилами, системы передач.

При прокладке волоконно-оптического кабеля по опорам сети железных дорог возникает вопрос влияния значительного по величине электромагнитного

поля контактной сети на передачу информации в оптическом волокне. Кроме того, в теплое время года оптические муфты, находящиеся на открытом воздухе, подвержены значительному нагреву под воздействием прямых солнечных лучей, что вносит дополнительное затухание на сварках.

Настоящий стенд предназначен для исследования влияния магнитного поля на оптическое волокно, расположенное в кабеле, применяемом на сети железных дорог. Кроме этого стенд практически доказывает наличие влияния электромагнитного поля и температуры на затухание сигнала и потери в соединениях оптических волокон.

Для стенда применяется оптический 16-ти волоконный кабель (4) ОКМС-А-412 длиной 153 метра. Он уложен витками, с диаметром витка 1,2 метра. Кабель оконечен с одной стороны оптическим кроссом (3) на 8 волокон, а с другой стороны оптической кассетой (6). В оптической кассете произведена сварка восьми волокон.

Для удаления измеряемого кабеля от мертвой зоны прибора используется искусственная линия (2) длинной 850 метров. Поверх витков кабеля намотан соленоид (5) из медной шины с сечением 10,88 мм и количеством витков п равным 426.

Для создания тока в соленоиде используются три последовательно соединенные аккумуляторные батареи (7), емкостью 205 А/ч и напряжением 4 В, каждая.

Для проведения экспериментов с температурным воздействием на сварку волокон используется тигельная печь, в которую помещается оптическая кассета. Измерения влияния производятся при температуре равной 70°С.

В данном стенде используется оптический рефлектометр (1) FOD 7202, работающий на длине волны 1550 нм и в видимом свете, с длинной волны 650 нм.

В оптоволокно подается видимый свет с длинной волны 650 нм. Пройдя через оптоволокно, свет попадает на экран. При разомкнутом ключе ток через соленоид не протекает и магнитное поле равно нулю. При этом оптический пучок имеет нормальную форму (рис. 1, а). Затем замыкаем ключ и подключаем источник тока. Световой пучок при этом видоизменяется (рис. 1, б).

Под действием Н световое пятно меняет яркость и форму, т.е. сдвигается.

Таблица 1

Результаты исследований_____________________________

№ О.В. Затухание при отсутствии внешних влияний Затухание при воздействии магнитного поля Затухание при воздействии температуры

На сварке, дБ Километр., дБ/км На сварке, дБ Километр., дБ/км На сварке, дБ Километр., дБ/км

1 0,00 0,09 0,07 0,14 0,07 0,12

2 0,07 0,03 0,18 0,20 0,12 0,14

3 0,00 0,04 0,09 0,09 0,03 0,06

4 0,08 0,24 0,14 0,27 0,18 0,28

5 0,04 0,19 0,08 0,15 0,13 0,13

6 0,06 0,12 0,13 0,17 0,11 0,15

7 0,08 0,16 0,11 0,19 0,11 0,20

8 0,00 0,06 0,09 0,14 0,04 0,19

а) б)

Рис. 1. Модовое поле оптического волокна: а) без магнитного влияния (длина волны 650 нм); б) под действием магнитного поля Н = 6816 А/м, длина волны 650 нм

Результаты исследований представлены в виде таблицы и гистограмм.

Данный стенд позволяет моделировать воздействия магнитного поля и температуры на оптическое волокно на длине волны 1550 нм, а так же в видимом свете на длине волны 650 нм.

Кроме этого стенд подтвердил наличие влияния эффекта Фарадея и малоизученное влияние нагрева оптического волокна на затухание сварки оптических волокон.

I При отсутствии внешних влияний

| При воздействии магнитного поля

I При воздействии температуры

7

Номер оптического волокна

6

8

Рис. 2. Затухание на сварках оптических волокон

При отсутствии внешних влияний

При воздействии магнитного поля

При воздействии температуры

7

Номер оптического волокна

6

8

Рис. 3. Километрическое затухание оптических волокон

Выводы:

1. Разработана схема и методика установки по оценке электромагнитных оптических эффектах в оптических волокнах

2. Выполнена оценка влияния температуры на места сварки оптических волокон.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Митрохин В.Е. Оптические системы связи для передачи банковской информации с высокой достоверностью и защитой // Информационные технологии и радиосети-96: Тезисы докладов первой международной научно-практической конференции / Омский гос. техн. ун-т, Омск. -1996.

2. Митрохин В.Е. Эксплуатационные характеристики ВОЛС при функционировании в условиях электрифицированных железных дорог // Информационные технологии на железнодорожном транспорте «Инфотранс-99»: Материалы четвертой международной научно-практической конференции / Петербургский гос. ун-т путей сообщения, Санкт-Петербург. -1999.

3. Митрохин В.Е. Особенности функционирования ВОЛС в условиях электрифицированных железных дорог // Материалы седьмой международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж. -2001.

4. Митрохин В.Е. Структурная надежность кольцевых телекоммуникационных сетей и их элементов // Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий: Материалы всероссийской научно-технической конференции. Улан-Удэ. -2001.

5. Митрохин В.Е. Коэффициент готовности телекоммуникационной кабельной линии при грозовых разрядах в условиях неоднородной структуры земли // Телекоммуникации. Москва. -2001.

6. Митрохин В.Е., Борисов Е.Н. Параметры оптических волокон в условиях электромагнитных влияний железных дорог // Межвузовский тематический сборник научных трудов/ Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск. -2001.

© В.Е. Митрохин, А.В. Тараскин, 2013