Моделирование и исследование схем регистрации оптического излучения в когерентном рефлектометре для подавления эффекта поляризационного фединга

Ушанов С.А., Плотников М.Ю., Куничкин Д.П., Волков М.В.

Полный текст на elibrary.ru

Ссылка для цитирования:

Ушанов С.А., Плотников М.Ю., Куничкин Д.П., Волков А.В. Применение схемы с поляризационным разнесением в когерентной рефлектометрии // Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 8. С. 40–50. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-08-40-50

Ushanov S.A., Plotnikov M.Y., Kunichkin D.P., Volkov A.V. Application of the polarization diversity scheme in coherent reflectometry [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 8. P. 40–50. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-08-40-50

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. В работе представлены результаты математического и экспериментального исследования оптических схем для устранения эффекта поляризационного фединга в когерентном оптическом рефлектометре. Цель исследования. повышение дальности и снижение погрешности измерений когерентного рефлектометра, а также повышение устойчивости его работы к эффекту поляризационного фединга, возникающему во время интерференции сигнала локального осциллятора и рэлеевского рассеяния, за счёт применения различных схем когерентного приёма. Метод. Для теоретического исследования различных оптических схем приёмного каскада когерентного рефлектометра, призванных устранить эффект поляризационного фединга, была разработана математическая модель, позволяющая оценить средний уровень мощности излучения, регистрируемого фотоприёмником, и его среднеквадратическое отклонение при случайном состоянии поляризации регистрируемого рэлеевского рассеяния. Так же была произведена экспериментальная проверка выбранной схемы на действующем образце прибора. Основные результаты. Результаты математического моделирования показали, что наибольшей эффективностью подавления эффекта поляризационного фединга обладает схема с поляризационным разнесением с использованием двух делителей поляризации и балансных фотоприёмников. Экспериментальная проверка выбранной схемы в действующем образце когерентного рефлектометра показала, что применение схемы с поляризационным разнесением эффективно для устранения эффекта поляризационного фединга и снижения разброса значений регистрируемых рефлектограмм. Практическая значимость. Полученные результаты позволили теоретически обосновать выбор оптической схемы для применения в когерентном оптическом рефлектометре. Результаты экспериментального исследования выбранной схемы продемонстрировали её эффективность для устранения эффекта поляризационного фединга.

Ключевые слова:

когерентный рефлектометр, оптическая рефлектометрия, интерферометрические измерения, поляризационный фединг

Благодарность:

работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSER-2024-0006)

Коды OCIS: 060.0060, 230.0230, 250.0250

Список источников:

1. Zhang C., Ito F. Recent progress of fiber diagnostic technologies for optical fiber networks: distributed fiber sensing and fiber characterization // Metro and Data Center Optical Networks and Short-Reach Links. 2022. V. 12027. P. 89–104. https://doi.org/10.1117/12.2607242
2. Листвин А.В. Рефлектометрия оптических волокон / Под ред. Листвина А.В., Листвина В.Н. Москва: ЛЕСАРарт, 2005. 208 с.

Listvin A.V. Reflectometry of optical fibers / Ed. by Litvin A.V., Listvin V.N. Moscow: LESARart, 2005. 208 p.
3. Chen X., Zou N., Liang L., He R., Liu J., Zheng Y., Wang F., Zhang X., Zhang Y. Submarine cable monitoring system based on enhanced COTDR with simultaneous loss measurement and vibration monitoring ability // Optics Express. 2021. V. 29. № 9. P. 13115–13128. https://doi.org/10.1364/OE.418920
4. Hartog A.H. An introduction to distributed optical fibre sensors. Boca Raton: CRC press, 2017. 472 p.
5. Веретенников Н.П., Леонтьев Р.Г. Арктика РФ: транспортная и телекоммуникационная инфраструктура, экономика и безопасность страны // Национальная ассоциация ученых. 2021. Т. 2. № 71. С. 29–37. https://doi.org/10.31618/nas.2413-5291.2021.2.71.479
Veretennikov N.P., Leontiev R.G. The Arctic of the Russian Federation: Transport and telecommunication infrastructure, economy and security of the country // National Association of Scientists. 2021. V. 2. № 71. P. 29–37.
6. Kersey A.D., Dandridge A., Tveten A.B. Elimination of polarization induced signal fading in interferometric fiber sensors using input polarization control // Optical Fiber Sensors / Optica Publishing Group. 1988. P. WCC2. https://doi.org/10.1364/OFS.1988.WCC2
7. Лебедев В.В., Петров А.Н., Величко Е.Н. и др. Сопоставление методов компенсации поляризационного фединга волоконно-оптических линий передачи аналоговых широкополосных сигналов по вносимым шумам и достижимому динамическому диапазону // Журнал технической физики. 2021. Т. 91. № 11. С. 1738–1743. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.11.51537.94-21
Lebedev V.V., Petrov A.N., Velichko E.N. et al. Comparison of methods for compensation of polarization feeding of fiber-optic transmission lines of analog broadband signals based on introduced noise and achievable dynamic range // Journal of Technical Physics. 2021. V. 91. № 11. P. 1738–1743. https://doi.org/10.21883/JTF.2021.11.51537.94-21
8. Ren M., Lu P., Chen L. et al. Theoretical and experimental analysis of $\Phi $-OTDR based on polarization diversity detection // IEEE Photonics Technology Letters. 2015. V. 28. № 6. P. 697–700. https://doi.org/10.1109/LPT.2015.2504968
9. Meissner P. Coherent optical fiber communications // Optical Space Communication II. / SPIE. 1991. V. 1522. P. 182–193. https://doi.org/10.1117/12.46094
10.Izumita Hisashi. Highly developed coherent detection OTDR technology and its applications to optical fiber networks monitoring // PhD diss. Waseda University –Tokyo, 2008. 210 p.
11. Lin H., Ma L., Hu Y. - Elimination of polarization-induced signal fading and reduction of phase noise in interferometric optical fiber sensor using polarization diversity receivers // Optik. 2013. V. 124. № 21. P. 4976–4979. https://doi.org/10.1016/j.ijleo.2013.03.033
12.Woźniak W.A., Kurzynowski P., Zdunek M. Malus Law — interferometric interpretation // Optica Applicata. 2013. V. 43. № 2. P. 237–246. https://doi.org/10.5277/oa130204
13.Glance B. Polarization independent coherent optical receiver // Journal of Lightwave Technology. 1987. V. 5. № 2. P. 274–276. https://doi.org/10.1109/JLT.1987.1075494
14. Solli D.R., McCormick C.F., Chiao R. et al. Photonic crystal polarizers and polarizing beam splitters // Journal of Applied Physics. 2003. V. 93. № 12. P. 9429–9431. https://doi.org/10.1063/1.1574174