Значительное увеличение скорости передачи данных по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС), достигнутое за счет применения новых технологий мультиплексирования (в частности, поляризационного), выявило проблему колоссального роста ошибок при передаче данных по оптическому волокну при воздействии атмосферных разрядов. Проблема перерывов связи, обусловленная атмосферными разрядами, становится еще более актуальной в связи с развитием квантовых сетей, где применяется технология квантового распределения ключа (КРК).
В связи с этим сотрудниками МТУСИ и МЭИ были инициированы работы по разработке методик и экспериментального стенда для исследования различных воздействий атмосферного электричества и молний на оптические кабели и волокно, по которым осуществляется передача данных, в том числе защищенных по технологии КРК.
Целью первого этапа исследований является изучение влияния на ВОЛС электрических полей, предшествующих появлению молний. Физическое моделирование разрядов молнии осуществлялось с помощью специального экспериментального комплекса «ГРОЗА», дополненного оптическим оборудованием для контроля изменения параметров лазерного излучения, распространяющегося в оптическом кабеле.
«Комплекс позволяет моделировать электрически активные грозовые облака благодаря созданию искусственных протяженных структур заряженного водного аэрозоля (искусственных грозовых ячеек), объемом несколько кубических метров и потенциалом до 2,0 МВ. Для «привязки» места удара разряда из облака заряженного аэрозоля и регистрации параметров разряда на заземленной плоскости был установлен стержневой электрод со сферической вершиной. Для регистрации скорости изменения электрического поля вблизи стержневого электрода была установлена специальная широкополосная антенна», – рассказала к.т.н., доцент кафедры «Техники и электрофизики высоких напряжений» НИУ «МЭИ» Ольга Белова.
В ходе эксперимента наблюдалось изменение мощности сигнала лазера в оптическом волокне во время разрядных процессов между облаком искусственного аэрозоля и заземленным электродом. Выявление причины изменения мощности сигнала проводилось благодаря синхронизации по времени цифрового запоминающего осциллографа, регистрирующего сигналы с электрода, и измерителя оптической мощности.
«В совместных экспериментах сотрудников МТУСИ и НИУ «МЭИ» было установлено, что изменение лазерной мощности, проходящей через плечи поляризационного светоделителя, связано именно с электрическим полем облака аэрозоля. Таким образом, в прямых экспериментах впервые было показано существенное изменение поляризационного состояния лазерных сигналов, распространяющихся в оптическом волокне, при воздействии электрических полей заряженного водного аэрозоля», – рассказал д.ф.-м.н., профессор кафедры «Направляющие телекоммуникационные среды» МТУСИ Сергей Казанцев.
«Сильные электрические поля, возникающие вблизи волоконно-оптического кабеля перед тем, как зарождается молния, могут быть зарегистрированы по характерному изменению мощности в плечах поляризационного светоделителя, что можно использовать для дистанционного мониторинга молниевых разрядов на трассе, совершенствованию систем активной молниезащиты, а также предупреждения деструктивных влияний на линии связи, которые возникают, когда происходит разряд молнии», — пояснил к.т.н., заведующий кафедрой «Направляющие телекоммуникационные среды» МТУСИ Олег Колесников.
Результаты эксперимента опубликованы в журнале «Электричество» в статье «Идентификация параметров разряда молнии по его воздействию на волоконно-оптические линии связи».
