Измерение полосы пропускания и дисперсии оптических волокон

Полоса пропускания (дисперсия) относится к основным параметрам оп­тических волокон, определяющим их информационно-пропускную способ­ность. Для измерения полосы пропускания многомодовых волокон могут быть использованы частотные и импульсные методы. При частотном методе полосу пропускания волокна определяют по амплитудно-частотной модуляционной характеристике (АЧМХ).

Рис. 4.6. Структурная схема измерения АЧМХ ОВ: ГИС - генератор испытательных сигналов, СМ - смеситель мод, ИОМ - измеритель мощности, Ф - фильтр мод

Для проведения измерений (рис. 4.6) применяют генератор оптического сигнала с гармонической модуляцией интенсивности в полосе частот, превы­шающей ширину полосы пропускания волокна. Аналогичные требования предъявляют к широкополосности оптоэлектронного преобразователя (фотоприемника) - измерителя оптической мощности или уровня. Длина волны и ширина спектра излучения, вводимого в волокно, должны соответствовать тре­бованиям, установленным ТУ на измеряемый кабель.

В результате измерений получают зависимость уровня мощности на вы­ходе от частоты модуляции f_м. На рис. 4.7 представлен пример такой зависимо­сти и показан принцип определения по ней полосы пропускания ∆F_L кабеля Длиной L.

Коэффициент широкополосности, МГц∙км, рассчитывают по формуле

∆F=∆F_L / L∙γ ,(4.12)

где γ- эмпирический коэффициент, значение которого находится в пределах 0,5 < γ < 1,0; ∆F_L - максимальное значение частоты на уровне 3 дБм, МГц.

При импульсном методе полосу пропускания определяют путем последовательной регистрации импульса оп­тического излучения на выходе изме­ряемого волокна и импульса на выходе его короткого отрезка, полученного при обрыве волокна в начале. Форму последнего импульса принимают за форму импульса на входе волокна. Да­лее, используя известные соотношения теории линейных цепей, вычисляют амплитудные спектры импульсов и АЧМХ измеряемого волокна, а по ней определяют полосу пропускания.

Рис. 4.7. Зависимость уровня мощности оптического сигнала на выходе ОВ от частоты модуляции.

Все вычисления выполняются обычно с помощью управляющей микро-ЭВМ, встроенной в средства измерения.

Если импульсы на входе и выходе измеряемого волокна имеют гауссовскую форму, то полосу пропускания определяют на основании измерения дли­тельности импульсов:

, (4.1З)

где t_вх, t_вых - определяемые по уровню 0,5 длительности импульсов на входе и выходе волокна соответственно.

Величина - дисперсия ОВ, поэтому импульсный метод является методом измерения дисперсии.

Для одномодовых ОВ нормируется хроматическая дисперсия. В паспорт­ных данных указывается коэффициент хроматической дисперсии, который оп­ределяется как уширение оптического импульса на 1 км ОВ, отнесенное к по­лосе длин волн источника излучения.

Для измерения хроматической дисперсии одномодовых ОВ используются методы временной задержки и фазовый. Оба метода удовлетворяют требовани­ям точности и воспроизводимости результатов. Однако метод временной за­держки реализовать сложнее, поскольку значения коэффициента хроматиче­ской дисперсии кабелей связи меньше 1,5 пс/нм∙км, поэтому требуется приме­нение быстродействующих устройств.

Фазовый метод более прост в реализации, поэтому чаще применяется на практике. Метод основан на измерении фазового сдвига сигнала, модулирован­ного по интенсивности излучения, которым зондируют ОВ кабеля на различ­ных длинах волн. Частота модуляции интенсивности обычно фиксирована и лежит в пределах 30-100 МГц.

Измерение зависимости фазового сдвига φ между сигналами от длины волны λ позволяет найти зависимость временной задержки сигнала ∆τ от λи ее производную - хроматическую дисперсию:

. (4.14)

Обычно измерения ∆τ(λ) производят по точкам, а затем полученную за­висимость ∆τ(λ) аппроксимируют многочленом. Как правило, все вычисления и сам процесс измерения выполняются автоматически с помощью микропроцес­сорных устройств, встроенных в средства измерения, или внешней ПЭВМ. Точность данного метода порядка 1,0 пс/нм∙км. Переход на лазерное излучение и более высокую частоту модуляции позволяет повысить точность измерения.