CC BY
11РАСПРЕДЕЛЁННОЕ ОДНОИМПУЛЬСНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ОСЕЙ АНИЗОТРОПНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
doi 1 0.24412/2308-6920-2021-7-16-18
БЕЛОКРЫЛОВ М.Е.,
Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, г. Пермь; Пермский государственный национальный исследовательский университет, г. Пермь
КРИВОШЕЕВ А.И.,
Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, г. Пермь; Пермская Научно-Производственная Приборостроительная Компания, г. Пермь
ТУРОВ А.Т.,
Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, г. Пермь; Пермский национальный исследовательский политехнический университет, г. Пермь
КОНСТАНТИНОВ Ю.А.,
Пермский федеральный исследовательский центр УрО РАН, г. Пермь
E-mail: belokrylovme@gmail.com
Подробную информацию об авторах см. на сайте www.fotonexpres.ru раздел «Наши авторы»
В настоящей работе предложена оптическая схема одноим-пульсного рефлектометрического зондирования анизотропного оптического волокна в двух ортогональных состояниях поляризации. Описанная схема протестирована с помощью бриллюэновского анализатора при разных температурах исследуемого волокна, а также при помощи когерентного рефлектометра Рэлея. Продемонстрировано последовательное прохождение зондирующим импульсом (и их пакетами) двух поляризационных осей волокна типа Панда.
ВВЕДЕНИЕ
Для распределенного исследования поляризационных параметров анизотропных оптических волокон в настоящее время используется ряд известных и хорошо себя зарекомендовавших методов рефлектометрии и/или интерферометрии. Среди них: белосветная интерферометрия, поляризационная рефлекто-метрия Рэлея и поляризационная рефлектометрия Мандель-штама-Бриллюэна[1,2]. Все эти методы требуют либо существенной модернизации аппаратной части популярной лабораторной техники, либо осуществляются посредством долгих, рутинных операций, сказывающиеся, в том числе, и на качестве измерений. К таким действиям в полной мере можно отнести последовательное снятие рефлектограмм любого типа для быстрой и медленной оси анизотропного волоконного световода. За время такого измерения могут существенно измениться условия эксперимента, что в ряде случаев неприемлемо.
В настоящей работе авторы предлагают оптическую схему зондирования обеих поляризационных осей с помощью одного импульса, технически реализуемую как в частотной, так и во временной области.
Ключевые слова: рефлектометрия, бриллюэновский сдвиг, оптическое волокно, панда, поляризация, рассеяние Мандельштама-Бриллюэна, когерентный рефлектометр.
ОПИСАНИЕ СХЕМЫ
Предлагаемая схема одноимпульсного зондирования состоит из двух поляризационных делителей излучения, соединённых особым образом (Рис. 1).
При подключении схемы к бриллюэновскому рефлектометру излучение накачки и зондирующее излучение вводятся навстречу друг другу: например, накачка вводится в медленную ось поляризационного делителя (ПД) №2, а зондирующий импульс в быструю ось поляризационного делителя №1. Излучение накачки, введённое в ПД в точке (2), выходит из общего вывода (5), проходит исследуемый образец и попадает в общий вывод ПД №1. Так как излучение накачки распространяется по медленной оси, то проходя ПД №1, оно выводится в соответствующую медленную ось и направляется к сварному соединению поляризационных делителей (3). Сварное соединение (3) выполнено под углом 90° градусов, таким образом, излучение из медленной оси ПД №1 попадает в быструю ось ПД №2 и снова направляется в общий вывод (5) и исследуемый образец, но уже с другим состоянием поляризации. Аналогичным образом проходит схему и зондирующее излучение по пути 1-4-5-3-4-5. Кривая на рис. 2 соответствует значениям бриллюэновского сдвига в конкретной точке образца, а цвет фона - уровню сигнала.
Рис. 1. Оптическая схема одноимпульсного сканирования двух поляризационных осей. ПД - поляризационный делитель
Distance (km)
О 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 О-в 0.7 O.S 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 Distance (km)
Рис. 2. Бриллюэновская рефлектограмма волоконной катушки для двух ортогональных поляризаций
В первом эксперименте в качестве исследуемого образца (Рис. 2.), в схему была подключена катушка волокна типа Панда длиной порядка 660 метров. Расстояние от 0 до 660 метров соответствует медленной оси волокна, а расстояние от 700 до 1360 метров соответствует быстрой оси волокна. Ступенька на расстоянии 350 метров соответствует двум слоям намотки волокна на катушку с различным натяжением. Разность бриллюэновских сдвигов для двух состояний поляризации составляет порядка 5 МГц. Предполагается, что данная величина обусловлена модовым двулучепреломлением.
Кроме того видно, что флуктуации в определении положения бриллюэновского максимума второй поляризационной оси сильно возрастают, ввиду больших потерь сигнала на несовершенстве сварок и поляризационных делителях. Однако качественная сборка схемы, подбор параметров рефлектометра и математическая обработка полученных данных [3] позволяют добиться уверенного исследования образцов протяженностью порядка 1000 метров (Рис. 3.).
На рисунке 3 отчетливо наблюдается качественное соответствие рефлектограмм для двух поляризационных осей на протяжении всего образца длиной 800 метров.
ЭКСПЕРИМЕНТ С ВОЗДЕЙСТВИЕМ ТЕМПЕРАТУРЫ
На следующем этапе исследуемый образец помещался в термокамеру с целью изучения влияния изменения температуры
- Быстрая ось
- Медленная ось
V = 0.001069'Т+10.482844
IV = 0.999664
и = 0.001072-Т+10.478375
R2 = 0.999368
25 30 35 40 45 50 55 60 65 Температура, °С
Рис. 4. Зависимость бриллюэновского сдвига от температуры для двух поляризационных осей
Рис. 3. Рефлектограмма волоконной катушки длиной 800м с высоким уровнем сигнала для двух поляризаций
на бриллюэновский сдвиг для двух поляризаций. Отметим, что в термокамеру помещался только образец, схема с поляризационными делителями находилась снаружи при комнатной температуре.
В эксперименте проводился нагрев образцов от 25^ до 65^ с шагом в 10°^ на каждом температурном шаге образец выдерживался в течение 60 минут. Далее проводилось измерение нескольких рефлектограмм для последующего усреднения с целью минимизации случайных ошибок. Результаты измерений приведены на рисунке 4.
Как видно из рисунка, значения коэффициента наклона ап-проксимационных прямых для разных поляризаций отличаются примерно на 3 кГц/°С, что выходит далеко за пределы чувствительности прибора. С учетом коэффициента достоверности R2, отклонение полученных данных от функциональной линейной зависимости не превышает 0.5 МГц.
Таким образом, эксперимент продемонстрировал одинаковый отклик бриллюэновских сдвигов в поляризационных осях на изменение температуры образца в пределах чувствительности приборной базы. Результаты проведённых ранее экспериментов по измерению зависимости бриллюэновских сдвигов при изменении температуры в ортогональных состояниях поляризации анизотропных световодов показывали, что разница сдвигов растёт с увеличением температуры образца [4].
ЭКСПЕРИМЕНТ С КОГЕРЕНТНЫМ РЕФЛЕКТОМЕТРОМ
Помимо изучения схемы с помощью рефлектометрии брил-люэна, было произведено подключение схемы к лабораторному макету когерентного рефлектометра (Рис. 5.).
В данном эксперименте схема и исследуемый образец были подключены к когерентному рефлектометру, созданному ранее авторами для распределённого исследования вибраций акустических частот. Подробная схема экспериментального стенда описана в [5]. На рисунке 5 представлена рефлектограмма волокна типа Панда. Обратно-рассеянный сигнал в данном случае представляет собой пространственную интерференционную картину - как и в предыдущем эксперименте, разделенную
НОЯБРЬ 2021 | №7 (175) | ФОТОН-ЭКСПРЕСС | 17
Рис. 5. Когерентная рефлектограмма анизотропного волокна с вводом излучения через схему, представленную на рис.1
на две области одинаковой длины, соответствующие двум поляризационным осям. Уровень сигнала во второй оси волокна значительно ослаблен, однако интерференционная картина наблюдается. Красным цветом показана рефлектограмма волокна в статичном состоянии, синим цветом - с некоторым динамическим воздействием. Из рисунка видно, что воздействие влияет на уровень сигнала и вид рефлектограммы. Детальную обработку сигнала и количественные оценки авторы планируют провести в дальнейшем.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Авторы демонстрируют наглядный способ визуализации практически любых рефлектометрических данных, соответствующих однократному проходу импульса, его пакетов, а также любого другого зондирующего излучения по двум поляризационным осям анизотропного волоконного световода. Точные метрологические характеристики, физические пределы,
а также иные особенности предлагаемого подхода ещё предстоит оценить, на чём авторы собираются сфокусировать свои исследования в ближайшем будущем.
Благодарности
Авторы выражают благодарности Баркову Ф.Л. и Фотиади А.А. за неоценимую помощь в проведении экспериментов и плодотворные дискуссии. Исследование выполнено в рамках государственного задания № AAAA-A19-119042590085-2.
ЛИТЕРАТУРА
1. Takei N., et al, Novel measurement method of fiber-birefringence spatial distribution by coherent heterodyne detection of rayleigh backscattered light, Conference on Lasers and Electro-Optics, OSA Technical Digest, paper SF3 P.3. (2020)
2. YongkangD., et al, Truly distributed birefringence measurement of polarization-maintaining fibers based on transient Brillouin grating Opt. Lett. 35, p.193-19 (2010)
3. Barkov, F.L.; Konstantinov, Y.A.; Krivosheev, A.I. A Novel Method of Spectra Processing for Brillouin Optical Time Domain Reflectometry. Fibers 2020, 8, 60. https://doi.org/10.3390/fib8090060
4. Barkov F., et al, Theoretical and Experimental Estimation of the Accuracy in Simultaneous Distributed Measurements of Temperatures and Strains in Anisotropic Optical Fibers UsingPolarization-Brillouin Reflectometry, Instruments and Experimental Techniques 63(4), p.487-493 (2020)
5. Туров А.Т., Константинов Ю.А., Белокрылов М.Е., Максимов А.Ю. Оптоволоконный датчик вибраций почвы и система обработки данных// Фотон-экспресс. 2021. №6 (174)
Материалы конференции ВКВ0-2021
ОБЛАЧНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ «РОСТЕЛЕКОМА» ВЫРОСЛО ВДВОЕ
В 2020 году облачное направление компании выросло на 131%.
Компания «Ростелеком» стала лидером в рейтинге крупнейших российских IaaS-провайдеров по версии аналитического агентства CNews Analytics. Итоги исследования включают в себя оценку выручки от услуг IaaS за 2020 год, ее динамику, а также долю в совокупной выручке компаний. Направление облачных сервисов «Ростелекома» сконцентрировано в группе компаний «Ростелеком-ЦОД», в состав которой в начале 2020 вошел облачный провайдер «ДатаЛайн». По результатам 2020 года «Ростелеком» поднялся на первую строчку в рейтинге, показав рост IaaS-направления в 131%.
«Наша компания активно поддерживала растущий спрос на облачные вычислительные ресурсы в 2020 году. Бизнесу в один момент потребовалось значительно нарастить мощности для перехода в онлайн, и мы ему в этом помогли. Я думаю, что IaaS-направление также покажет высокие результаты в 2021 году и составит значительную долю от выручки нашей компании. Мы также ожидаем, что в следующем году сегмент продолжит уверенно расти», - подчеркнул генеральный директор «Ростелеком-ЦОД» Павел Каплунов.
Аналитики CNews Analytics отмечают, что текущий объем российского рынка IaaS превысил 40 млрд рублей. Эксперты «Ростелеком» ожидают высоких темпов роста направления на уровне ~20% в год. Тенденция сохранится за счет выхода на рынок новых
игроков, миграции в облака пользователей on-prem решений и роста потребления облачных сервисов.
* * *
«Ростелеком - Центры обработки данных» - управляющая компания центра компетенций ПАО «Ростелеком» по направлениям развития сервисов и инфраструктуры ЦОД, облачных платформ, услуг обмена трафиком и CDN. Компания управляет О геораспределенной сетью дата-центров по всей России общей емкостью 12,5 тысяч стоек. В числе ключевых объектов - ком-
CQ О
плекс дата-центров в Москве I, II, III, дата-центры NORD и OST, ММТС-9, мегаЦОД в Удомле, сеть узлов обмена трафиком.
