Dyspersja światłowodów Kompensacja i pomiary

Transkrypt

1 Dyspersja światłowodów Kompensacja i pomiary Prezentacja zawiera kopie folii omawianych na wykładzie. Niniejsze opracowanie chronione jest prawem autorskim. Wykorzystanie niekomercyjne dozwolone pod warunkiem podania źródła. Sergiusz Patela

2 Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 2 Metody kompensacji dyspersji Światłowody wielomodowe profilowanie współczynnika załamania rdzenia Światłowody jednomodowe kompensacja dyspersji chromatycznej (CD) światłowód z przesuniętą dyspersją światłowód standardowy + kompensatory dyspersji chromatycznej kompensacja dyspersji polaryzacyjnej (PMD) światłowody podtrzymujące polaryzację (PMF) światłowód standardowy + kompensator dyspersji polaryzacyjnej

3 Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 3 Kompensatory dyspersji chromatycznej 1. Włókna kompensujące dyspersję. Wady: Duży rozmiar kompensatora. Stała długość włókna kompensującego potrzebna do kompensacji w łączu o określonej długości; rozwiązania nie da się stosować w sieciach z przełączaniem optycznym gdzie długość łącza optycznego może być zmienna. 2. Światłowodowe siatki Bragga. Wada: Jedna siatka pracuje tylko dla jednej długości fali. Siatkę można przestroić, ale nie można stosować jednej siatki w systemie wielokanałowym DWDM 3. Kompensator na bazie etalonu F-P

4 Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 4 Metody pomiaru dyspersji chromatycznej Metoda podstawowa (referencyjna): Pomiar przesunięcia fazy Pierwsza metoda alternatywna: Metoda interferometryczna Druga metoda alternatywna: Pomiar opóźnienia impulsu

5 Metoda podstawowa: Pomiar przesunięcia fazy Współczynnik dyspersji chromatycznej otrzymujemy z pomiarów względnego opóźnienia grupowego fal o różnych długościach. Pomiar przeprowadza się dla znanej długości włókna. Pomiarów opóźnienia dokonuje się w dziedzinie częstotliwości, poprzez detekcję, zapis i obróbkę przesunięcia fazy sygnału sinusoidalnego modulującego sygnał optyczny. Pomiar przeprowadza się dla ustalonych długości fali lub dla przedziału długości fali Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 5

6 Układ pomiarowy Kanał sygnałowy Źródło (s) Włókno Selektor długości fali * Stripper modów płaszczowych Fotodetektor detektor opóźnienia Generator sygnałowy * Jeżeli pomiar tego wymaga. Linia opóźniająca Kanał odniesienia (optyczny lub elektryczny) Układ obróbki sygnału Laserowe źródło światła: dioda laserowa (linijka diod o różnych długościach fali), strojona dioda laserowa (n.p. laser z rezonatorem zewnętrznym), LED lub inne źródło szerokopasmowe, (n.p. laser Nd:YAG sprzężony ze światłowodem ramanowskim). Co najmniej jeden punkt pomiarowy powinien znaleźć się 100 nm od λ 0. Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 6

7 Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 7 Metoda alternatywna nr.1 - Metoda interferometryczna Metoda pozwala mierzyć dyspersję za pomocą krótkiego odcinak światłowodu. (kilka metrów). Metoda polega na pomiarze zależnego od długości fali opóźnienia i porównaniu go z opóźnieniem wprowadzanym przez kanał odniesienia. Porównania dokonuje się metodą interferometryczną w interferometrze Macha-Zehndera.. Kanałem odniesienia może być włókno o znanej charakterystyce dyspersyjnej, lub wolna przestrzeń.

8 Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 8 Pierwsza metoda alternatywna. Układ pomiarowy Badane włókno Dzielnik wiązki 2 Detektor Lock-in * Źródło światła Selektor długości fali Układ pozycjonujący Ustalanie odległości x Dzielnik wiązki 1 Włókno odniesienia Sygnał odniesienia * Jeżeli pomiar tego wymaga Źródło światła: n.p. laser YAG z światłowodem ramanowskim, lub diody LED.

9 Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 9 Określanie opóźnienia grupowego x (mm) x 0 x 1 x n 10 τ ( g λ ) 1 λ 0 τ ( g λ ) 1 5 τ ( g λ ) 2 λ 1 λn τg ( λ ) n Relative group delay 0 5 τg ( λ ) 3 Reference fibre Test fibre Wavelength λ (nm) τg (ps) T

10 Druga metoda alternatywna: pomiar opóźnienia impulsu Dyspersję chromatyczną określa się na podstawie pomiarów względnego opóźnienia grupowego, jakiego doznają impulsy o różnych długościach fali, rozchodzące się w światłowodzie o znanej długości. Opóźnienie grupowe mierzone jest w dziedzinie czasu, poprzez pomiar, zapis i obróbkę opóźnienia impulsów o różnych długościach fali. Pomiar można przeprowadzać dla ustalonych długości fali lub dla określonego spektrum. Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 10

11 Sergiusz Patela Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 11 Dyspersja - obliczenia Mierzone opóźnienie grupowe na jednostkę długości włókna może być opisane za pomocą trójelementowego wzoru Sellmeiera: 2 S 0 λ0 ( ) 0 8 τ λ = τ + λ λ gdzie τ 0 jest względnym opóźnieniem w punkcie zerowej dyspersji λ 0. Współczynnik dyspersji chromatycznej D(λ) =dτ/dλ może być określony z różniczkowego wzoru Sellmeiera: D S 4 λ 0 0 ( λ) = λ 3 4 λ gdzie S 0 nachylenie krzywej dyspersji w punkcie dyspersji zerowej, to znaczy S(λ) = dd/dλ dla λ 0. 2