Базовая организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО»
Ведомственная принадлежность: Минобрнауки России
Классификационная группа УНУ: Стенды для электро-, теплофизических и механических испытаний
Год создания УНУ: 2017
Местонахождение УНУ: 196247, г. Санкт-Петербург, Новоизмайловский проспект, д. 34, к. 3, лит. А
Руководитель работ на УНУ: Мешковский Игорь Касьянович
По вопросам использования УНУ обращайтесь к Куликову Андрею Владимировичу
Описание
Многофункционапьная система измерения рассогласования длин плеч двухлучевых волоконно-оптических интерферометров и эффективного показателя преломления оптических волокон представляет собой устройство, состоящее из нескольких функциональных узлов: лазерный источник оптического излучения — полупроводникового поверхностно-излучающего лазера с вертикальным резонатором VCSEL и устройства токовой модуляции и термостабилизации; фотоприемное устройство, включающее в себя несколько усилительных каскадов с регулировкой усиления от О до 40 дБ, 16-битного АЦП с частотой работы 100 МГц; программируемая логическая интегральная схема с реализованной в ней программной системой демодуляции сигнала с одного или нескольких интерферометров; ЦАП с интегральньми усилителями, обеспечивающий формирование сигнала фазовой модуляции от нескольких герц до сотен килогерц; система выдачи интерференционного сигнала и демодулированного интерференционного сигнала, реализованная на основе технологии Gigabit Ethernet.
Основным аналогом данной установки является высокоскоростной оптический рефлектометр Yokogawa AQ7280. Данный прибор обладает недостатками: невысокое разрешение (+-)1см, необходимость использования дополнительного дорогостоящего оборудования, требование к периодическому измерению чувствительного элемента и компенсационного интерферометра, а также оценка уровня шума и работоспособности схемы не могут выполняться одновременно.
Прибор не позволят проводить измерение и согласование длин волокон с точностью в несколько сотен микрометров. Так же такие приборы не позволяют измерять рассогласование в классических схемах двухлучевых интерферометров, таких как интерферометр Майкельсона и интерферометр Маха-Цендера. Это связано с тем, что оптические импульсы будут приходить почти одновременно на ФПУ и интерферировать между собой. Временная задержка между их фронтами будет мала и однозначно не идентифицируема на экране прибора, сопоставима с дрожанием фронтов импульсов. Следует отметить, что принцип работы установки кардинально отличается от принципа работы рассмотренного аналога. Принцип работы установки основан на использовании метода частотно-импульсной модуляции VCSEL. Для создания фазового сигнала, пропорционального рассогласованию длин плеч интерферометра на VCSEL подается последовательность импульсов переменной скважности, частота изменения которой пропорциональна частоте вспомогательной модуляции VCSEL. Если оптические информационные импульсы, которые интерферируют в схеме, имеют некоторую разность хода, которая вызвана разницеи временных задержек в рассматриваемом интерферометре или чувствительном элементе, то изменение длины волны интерферирующих импульсов приведет к изменению фазы интерференционного сигнала.
Работоспособность волоконно-оптической интерферометрической измерительной системы на основе VCSEL обеспечивается его стабильностью и системой демодуляции. Основным превосходством установки над аналогом является то, что данный прибор обеспечивает определение величины рассогласования длин оптических волокон с точность до 346,8 мкм. Также установка обладает рядом преимуществ по сравнению с аналогом: - применение частотно-импульсной модуляции позволяет одновременно выполнять измерения для нескольких интерферометров, объединенных в один массив; - измерение рассогласования не требует дополнительного измерительного оборудования и может быть реализовано в составе самой измерительной системы, а работа может проводиться вне лаборатории; - согласование длин плеч интерферометра не требует большого числа технологических операций; - контроль рассогласования может производиться в режиме реального времени для разных типов ОВ; - данный метод также позволяет производить измерения эффективного показателя преломления ОВ.
В результате экспериментальных исследований получена характеристика уровня шума на выходе после системы цифровой обработки сигналов с интерферометра на основе гомодинной демодуляции с вычислением значения арктангенса, которая показывает, что минимальное значение уровня шума для волоконного интерферометра Майкельсона, опрашиваемого с помощью источника оптического излучения VCSEL, составило порядка 9 мкрад/Гц в степ. 0.5. Точность метода на практике ограничена внешними тепловыми и вибрационными воздействиями на интерферометр. Учитывая рост развития уровня оптических технологий за последние десять лет и уникальные возможности и преимущества установки по сравнению с аналогами можно сделать вывод, что ожидаемый период сохранения уникальности и превосходства составит 15 лет.
Научные исследования, проводимые на оборудовании:
- исследование шумовых параметров волоконно-оптических интерферометрических датчиков от разницы длин плеч интерферометров;
- обеспечение технологического процесса сборки и настройки измерительных систем на базе волоконно-оптических интерферометров;
- измерение эффективного показателя преломления оптических компонентов волоконно-оптических датчиков.