OPTOTELEKOMUNIKACJA dr inż. Piotr Stępczak 1
Systemy światłowodowy Połączenie punkt punkt TX RX RX Połączenie punkt - wielopunkt TX Mediakonw. Mediakonw. RX RX TX TX RX sprzęgacze TX RX 2
Sieć Ethernet Fast Ethernet Kodowanie liniowe 4B5B 100Mbps 125Mbod TX LED / laser RX - PIN Typ Pasmo modowe Maksymalny zasięg światłowodu / śr. rdzenia dla 850nm dla 1310nm dla 850nm dla 1310nm 62,5 µm 160 MHzkm 500 MHzkm <2km <2km 62,5 µm 200 MHzkm 500 MHzkm <2km <2km 50 µm 400 MHzkm 400 MHzkm <2km <2km 50 µm 500 MHzkm 500 MHzkm <2km <2km jednomodowy - - - >2 km 100BASE-SX (10,20,40 km) 100BASE-LX 3
Sieć Ethernet Gigabit Ethernet Kodowanie liniowe 8B10B 1000Mbps 1250Mbod TX laser RX - PIN Typ Pasmo modowe Maksymalny zasięg światłowodu / śr. rdzenia dla 850nm dla 1310nm dla 850nm dla 1310nm dla 1550nm 62,5 µm 160 MHzkm 500 MHzkm 220m 550 m - 62,5 µm 200 MHzkm 500 MHzkm 275m 550 m - 50 µm 400 MHzkm 400 MHzkm 500m 550 m - 50 µm 500 MHzkm 500 MHzkm 550m 550 m - jednomodowy - - - >5 km 1000BASE-SX (10,20,40km) 40,80,120, 160km 1000BASE-LX 4
Sieć Ethernet Gigabit Ethernet Kodowanie liniowe 8B10B 1000Mbps 1250Mbod TX laser RX - PIN Parametr I okno transmisyjne II okno transmisyjne III okno transmisyjne Zakr. długościfali 770 860 nm 1270 1355 nm 1510 1580 nm Szerokośćlinii widmowej TX tnarastania/opadania imp. (20% -80%) Średnia moc nadawania Maksymalna Minimalna Średnia moc odbioru Maksymalna Minimalna CPR (CoupledPower Ratio) 0,85 nm 4nm 4nm 0,26 ns(λ 830 nm) 0,21 ns(λ<830 nm) 0 dbm -9,5 dbm 0 dbm -17 dbm 0,26 ns 0,26-3 dbm -11,5 dbm -3 dbm -19 dbm -3dBm -11,5dBm -3dBm -19dBm > 9dB 20 db > CPR > 12 db (50µm) 40 db > CPR > 28 db (62,5µm) 5
Zwielokrotnienie czasowe Sygnały optyczne lub elektryczne 1 2 1000 100Mb/s 100Mb/s 100Mb/s 100Mb/s TDM 100Gb/s jeden kanał optyczny TDM λ włókno jednomodowe
Optical Time Division Multiplexing multiplekser OTDM demultiplekser OTDM D 1 E/O O/E D 1 D 2 E/O O/E D 2 D 3 E/O O/E D 3 D N E/O O/E D N 7
Optical Time Division Multiplexing multiplekser OTDM demultiplekser OTDM D 1 E/O O/E D 1 D 2 E/O O/E D 2 D 3 E/O O/E D 3 D N E/O O/E D N D 1 E/O O/E D 1 D 2 E/O O/E D2 D 3 E/O O/E D 3 D N E/O O/E D N 8
OTDM multiplekser D 1 Modulator optyczny t D 2 zegar generator impulsów optycznych Rozgałęźnik Modulator optyczny Sprzęgacz (n-1) t D N Modulator optyczny 9
OTDM - demultiplekser x SOA sprzęgacz 90:10 LP sprzęgacz 50:50 LP P we wy 10
Zwielokrotnienie czasowe Sygnały optyczne lub elektryczne 1 2 1000 1Gb/s 1Gb/s 1Gb/s 1Gb/s TDM 1Tb/s? jeden kanał optyczny TDM λ włókno jednomodowe
Zwielokrotnienie falowe WDM - Wavelength Division Multiplexing λ 1 λ 2 włókno jednomodowe Tylko sygnały optyczne (np. 1 Gb/s, 10 Gb/s, 40 Gb/s) λ 3 λ 4 λ 5 λ 6 λ 1 λ2 λ λ 3 λ4 λ5 λ 6 λ7 λ8 λ 7 λ 8 WDM dla 8 kanałów łączna przepływność
Przepływności we włóknie TDM jeden kanał optyczny TDM bez WDM 40 Gb/s 40Gb/s 640Gb/s 1.6Tb/s 3.2Tb/s 5.1Tb/s 12.8Tb/s 10 Gb/s 10Gb/s 160Gb/s 400Gb/s 800Gb/s 1.6Tb/s 3.2Tb/s 2.5 Gb/s 2.5Gb/s 40Gb/s 100Gb/s 200Gb/s 400Gb/s 800Gb/s 1λ 8λ 16λ 32λ 40λ 80λ 128λ 160λ 240λ 320λ WDM Dense WDM DWDM Ultra WDM UWDM WDM
Długości fal dla DWDM Siatka ITU-Toparta na częstotliwości 193,10 THz (linia emisyjna kryptonu, w próżni odpowiada długości fali 1552,52nm). Obecne (komercyjne) systemy WDM i DWDM: odstępy międzykanałowe liczba kanałów 200GHz (1,6nm); 8 kanałów 100GHz (0,8nm); 16 kanałów 50GHz (0,4nm); 32 kanały
Długości fal dla WDM Długość fali (nm) Częstotliwość (THz) 1547,72 193,700 1549,32 193,500 1550,92 193,300 1552,52 193,100 1554,13 192,900 1555,75 192,700 1557,36 192,500 1558,98 192,300 Częstotliwości pracy 8 kanałowego systemu WDM, łączność punkt-punkt
WDM konfiguracja podstawowa multiplekser demultiplekser λ 1 λ 1 λ 2 λ 3 MUX DEMUX λ 1 + λ 2 +...+λ N λ 3 λ 2 λ N λ N 17
WDM wąskopasmowy multiplekser OADM demultiplekser TX Pλ 1 Pλ 1 RX TX Pλ 2 Pλ2 RX TX Pλ 3 Pλ 1 + Pλ 2 +...+Pλ N Pλ 3 RX TX Pλ N Pλ i Pλ i wzmacniacz optyczny Pλ N RX 18
WDM szerokopasmowy sprzęgacz szerokopasmowy N wej. x N wyj. TX TX TX 1/N(Pλ 1 + Pλ 2 +...+Pλ N ) Pλ 1 Pλ 1 Pλ 2 Pλ 3 1/N(Pλ 1 + Pλ 2 +...+PλP N ) 1/N(Pλ 1 + Pλ 2 +...+Pλ N ) filtr optyczny N 2 Pλ 2 N 2 Pλ 3 N 2 RX RX RX Pλ N TX Pλ N 1/N(Pλ 1 + Pλ 2 +...+Pλ N ) N 2 RX 19
Pierwsza generacja syst. WDM (architektura typu punkt - punkt) tor światłowodowy N1 O1 N2 OMUX WO ODMUX O2 Nn On Nn nadajnik (laser) OMUX multiplekser (+ wzmacniacz końcowy) WO wzmacniacz przelotowy ODMUX demultiplekser (+ przedwzmacniacz) On - odbiornik
Druga generacja syst. WDM (architektura pierścieniowa) OXC OADM OADM pierścień pierścień OADM OADM OADM OXC (ang. Optical Crossconnect) przełącznica optyczna OADM (ang. optical Add-Drop Multiplexer) krotnica transferowa
Trzecia generacja syst. WDM (architektura pierścieniowo-kratowa) OXC OADM pierścień OADM OADM OXC OADM pierścień OXC główny pierścień OADM OADM OXC pierścień OADM OADM
Optyczna sieć miejska ATM OXC ATM OXC ATM OADM OXC OXC ATM OXC OXC ATM OXC ATM OADM ATM OADM ATM OADM ATM OADM
Elementy systemu WDM I. Krotnice falowe (multipleksery i demultipleksery) II. Krotnice transferowe (OADM) III. Przełącznice optyczne (OXC) IV. Wzmacniacze optyczne
Krotnice falowe Filtry optyczne Główne zalety Duża odporność na zmiany temperatury. Dobre parametry optyczne tj. niski poziom przesłuchu międzykanałowego, niski poziom tłumienia sygnału, mała wartość tłumienia zależnego od polaryzacji. Główne wady Kosz urządzenia jest proporcjonalny do liczby kanałów. Siatki dyfrakcyjne Bardzo dobra charakterystyka filtracji. Dobre parametry optyczne tj. niski poziom przesłuchu międzykanałowego, niski poziom tłumienia sygnału. Wymagana jest stabilizacja temperaturowa. Kosz urządzenia jest proporcjonalny do liczby kanałów. Krotnice planarne Względnie niski poziom tłumienia sygnału optycznego. Małe rozmiary. Możliwość integracji z innymi urządzeniami wykonanymi w technice planarnej. Duża wartość tłumienia zależnego od polaryzacji. Wymagana jest stabilizacja temperaturowa. Słaba charakterystyka filtracji. Problem ze sprzężeniem optyki włóknistej (światłowody) z planarną (falowody planarne). 26 dr inż. Piotr Stępczak
Podstawowe parametry krotnic falowych zakres długości fali optycznej, odległość między kanałami, liczbę kanałów, tłumienie krotnicy, przesłuch międzykanałowy, reflektancja, tłumienie zależne od polaryzacji. dr inż. Piotr Stępczak 27
Przykład krotnicy falowej dla systemu DWDM 100GHz Jedn. Wartość Liczba kanałów 8 16 Środkowa długość fali nm III okno optyczne; siatka ITU Pasmo nm 0,2 Płaskość db 0,5 charakterystyki Straty wtrąceniowe db Typ 3,5 Max.4,5 Typ 5,5 Max. 6,5 Przesłuch między db -25 kanałami PDL db 0,15 Tłumienie fali odbitej db 45 Stabilność termiczna nm/ C 0,001 parametrów widmowych Stabilność termiczna db/ C 0,008 strat wtrąceniowych dr inż. Piotr Stępczak 28
Krotnica transferowa (OADM) Krotnice transferowe służą do odebrania w danym węźle sygnału o danej długości fali przy jednoczesnym zastąpieniu go sygnałem własnym, który będzie dalej transmitowany w sieci. Optyczne krotnice transferowe można podzielić na dwa rodzaje: urządzenia w których wybór przełączalnych długości fal jest stały (nieprzestrajalne) urządzenia w których można zmieniać przełączane długości fali (przestrajalne). dr inż. Piotr Stępczak 29
Budowa OADM λ 1,...λ n cyrkulator światłowodowa odbiciowa siatka Bragga cyrkulator λ 1,...,λ n λ k λ k λ k λ k dr inż. Piotr Stępczak 30
Parametry przykładowej OADM Jedn. Wartość Środkowa długość fali nm 1528-1640 siatka ITU Odległość między kanałami GHz 100 Straty wtrąceniowe db <1,5 Przesłuch związany z db <-15 wprowadzaniem kanału Przesłuch związany z db <-25 wyprowadzaniem kanału Tłumienie fali odbitej db >45 PDL db <0,2 PMD db <0,2 dr inż. Piotr Stępczak 31
Przełącznice optyczne (OXC) Przełącznice optyczne pozwalają na realizację procesu rekonfiguracji sieci na poziomie optycznym. Przełączniki optyczne można podzielić na dwie kategorie: technologia planarna, technika prowadzenia strumienia światła w wolnej przestrzeni. Mechanizm wykorzystywany w procesie przełączania: zjawisko mechanooptyczne, zjawisko elektrooptyczne, termooptyczne. dr inż. Piotr Stępczak 32
Przełącznik termooptyczny-pęcherzykowy pęcherzyk rowek promień nieodchylony Falowód promień odbity Parametry przełącznika termooptycznego-pęcherzykowego 32x32 Jedn. Wartość Zakres długości fali nm 1270-1650 Tłumienie db 2,5-7,5 Przesłuch między db <-50 kanałami Czas przełączania ms <10 dr inż. Piotr Stępczak 33
Przełącznik mechano-optyczny 2D MEMS Micro ElectroMechanical System
Przełącznik mechano-optyczny 3D MEMS Micro ElectroMechanical System matryca 4x4 uchylne lustra + sterowanie zespół soczewek pojedyncze włókno prowadzenie włókien kabel światłowodowy matryca
Matryca mikroluster Matryca w WaveStar Lambda Router Lucent Technologies
Przełącznik mechano-optyczny Parametry MEMS 32x32 Jedn. Wartość 2D 3D Tłumienie db 12 6 Przesłuch między db <-70 kanałami PDL db 0,11 Czas przełączania ms 10 20 dr inż. Piotr Stępczak 37
Wzmacniacze optyczne Wzmacniacze optyczne domieszkowane pierwiastkami ziem rzadkich Wzmacniacze Ramana Wzmacniacze półprzewodnikowe dr inż. Piotr Stępczak 38
Zjawiska ograniczające przepustowość systemu WDM I. Przesłuch międzykanałowy II. Zjawiska nieliniowe III. Ograniczone pasmo optyczne IV. Dyspersja chromatyczna V. Dyspersja polaryzacyjna
I. Przesłuch międzykanałowy Przesłuch międzykanałowy określa poziom mocy światła przechodzący do wyjścia sąsiedniego kanału. 1. Przesłuch liniowy Przyczyna: demultipleksery mające za zadanie wydzielenie poszczególnych długości fali przepuszczają niewielką część mocy sąsiednich kanałów. dr inż. Piotr Stępczak 40
I. Przesłuch międzykanałowy λ 1 λ 2 λ 1 λ 2 λ 3.. λ N DEMUX λ 3 Transmitancja widmowa krotnicy falowej λ N dr inż. Piotr Stępczak 41
I. Przesłuch międzykanałowy 2. Przesłuch nieliniowy Przyczyna: zjawisko mieszania czterofalowego Produkty FWM propagują w tym samym kierunku co fale pierwotne, a ich moc rośnie kosztem mocy fal pierwotnych. Wydajność produktów FWM jest funkcją odstępu częstotliwości między falami pierwotnymi oraz wielkości dyspersji światłowodu. Liczba produktów FWM N = n 2 ( n 1) 2 n liczba fal pierwotnych n N 2 2 3 9 4 24 8 224 2f 1 -f 2 f 1 f 2 2f 2 -f 1 dr inż. Piotr Stępczak 42
I. Przesłuch międzykanałowy Skutek: zmniejszenie wartości stosunku poziomu sygnału do poziomu szumu, zwiększenie elementowej stopy błędów. log(ber) 0-5 -10 przesłuch -15-20 -25-30 -35-40 Q 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 dr inż. Piotr Stępczak 43
I. Przesłuch międzykanałowy Przeciwdziałanie: 1. Przesłuch liniowy: większa selektywność w procesie filtracji sygnału. 2. Przesłuch nieliniowy: nierównomierne rozmieszczenie kanałów, zastosowanie włókien typu NZDSF (LEAF, Teralight, True Wave), zastosowanie techniki zarządzania dyspersją, zastosowanie techniki opartej na nadaniu sygnałom wejściowym odmiennej polaryzacji. dr inż. Piotr Stępczak 44
II. Zjawiska nieliniowe Przyczyną występowania w światłowodach optycznych efektów nieliniowych jest zjawisko nieliniowego załamania światła. Zależność współczynnika załamania światła od jego natężenia jest określana jako efekt Kerra: n(ω,i)=n(ω)+n 2 I Efekty nieliniowe w światłowodzie występują wtedy, gdy jego długość jest większa od tzw. długości nieliniowej L NL : 1 L NL = γp gdzie γ=n 2 /A sk jest współczynnikiem nieliniowości (1 do 30 W -1 km -1 ). 0 45
Skutki nieliniowości ośrodka Rozpraszanie Brillouina(Brillouin Scattering - SBS) Rozpraszanie Ramana (Raman Scattering - SRS) Samomodulacja fazy (Self Phase Modulation - SPM)) Skrośna modulacja fazy (Cross Phase Modulation - XPM) Mieszanie czterofalowe (Four Wave Mixing - FWM) 46
III. Ograniczone pasmo optyczne Tłumienność (db/km) pasmo EDFA (35 nm) (1530-1565 nm) Dyspersja (ps/nm km) 0.6 0.5 Tłumienie światłowodu 1310 Dyspersja NZDS-SMF (G.655) Dyspersja DS-SMF (G.653) +20 +10 0.4 0 0.3 0.2 Dyspersja SMF (G.652) 0.1 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1550 Dyspersja LS-SMF (G.655) -10-20 λ (nm) 47
EDFA w sieci DWDM Wzmocnienie EDFA (db) rzeczywiste pasmo EDFA pasmo EDFA + filtr wyrównujący 1547nm Pasmo 1.6THz 8 fali optycznych co 200GHz 1560nm λ Pełne pasmo wzmacniacza EDFA 4.6THz (35 nm) 1535-1565 nm (nm)
Pasma optyczne Tłumienność (db/km) 0.6 0.5 Original Extended Short Original: 1260 1360 nm (100nm) Extended: 1360 1460 nm (100nm) Short: 1460 1530 nm ( 90nm) Conventional 1530 1565 nm ( 35nm) Long: 1565 1625 nm ( 60nm) Ultra-long: 1625 1675 nm ( 50nm) Conventional Long Ultra-long 0.4 0.3 0.2 II III 0.1 1200 1300 1400 1500 1600 1700 λ (nm)
III. Ograniczone pasmo optyczne Skutek: Brak możliwości zwiększenia liczby kanałów. Przeciwdziałanie: 1. Wykorzystanie pasma L. zalety: dodanie do istniejących systemów dodatkowo kilkudziesięciu kanałów wady: konieczność zastosowania nowego typu wzmacniacza optycznego, silne uwidocznienie się zjawiska rozpraszania Ramana 2. Wykorzystanie pasma S. zalety: dodanie do istniejących systemów dodatkowo kilkudziesięciu kanałów wady: brak odpowiednich wzmacniaczy optycznych (wzmacniacz ramanowski, włókna domieszkowane tulem?), konieczność zastosowania nowych źródeł światła 50
III. Ograniczone pasmo optyczne Skutek: Brak możliwości zwiększenia liczby kanałów. Przeciwdziałanie: 3. Zastosowanie światłowodów typu AllWave(włókna bez piku OH na 1384 nm). zalety: rozszerzenie użytkowego zakresu długości fal o ok. 100 nm wady: instalacja nowej infrastruktury 4. Zmniejszenie odległości między kanałami. zalety: zwiększenie ilości kanałów w dostępnym paśmie wady: nasilenie się zjawiska FWM, zaostrzenie wymagań na parametry krotnic falowych i źródeł światła 51
IV. Dyspersja chromatyczna DL ps nm L max < c 2 2 1, 2 DC λo BR 800 SMF D c = 17 ps/(nm km) NZDSF D c = 4,5 ps/(nm km) 600 400 200 Parametr 2,5 Gbps 10 Gbps 40 Gbps Maks.dyspersja [ps/nm] Maks. zasięgtrans. dla SMF [km] Maks. zasięg trans. dla NZDSF [km] 16 000 1 000 60 979,3 61,2 3,8 3 699,8 231,2 14,4 100 200 300 odległość [km] dr inż. Piotr Stępczak 52
IV. Dyspersja chromatyczna Przeciwdziałanie: 1. Kompensacja dyspersji: włókna typu DCF (Dispersion Compensate Fiber) i RDF (ReverseDispersionFiber) -technika oparta na zarządzaniu dyspersją, kompensatory oparte na siatce Bragga. 53
IV. Dyspersja chromatyczna Dyspersja [ps/nm] D L 1 1 D DCF LDCF = 0 1000 800 600 SMF DCF 400 200-200 100 200 300 400 Odległość [km] dr inż. Piotr Stępczak 54
IV. Dyspersja chromatyczna Przepływność 10 Gbit/s Światłowód standardowy D=16ps/(nmkm) o długości 120 km Światłowód kompensujący dyspersję D=-80 ps/(nmkm) o długości 24 km Na wejściu światłowodu Na końcu św. standardowego dr inż. Piotr Stępczak 55
IV. Dyspersja chromatyczna Przepływność 10 Gbit/s Światłowód standardowy D=16ps/(nmkm) o długości 120 km Światłowód kompensujący dyspersję D=-80 ps/(nmkm) o długości 24 km Na wejściu światłowodu Na końcu św. DCF dr inż. Piotr Stępczak 56
IV. Dyspersja chromatyczna tor światłowodowy Tx Rx OMUX WO DC ODMUX Tx Rx Tx nadajnik Rx odbiornik DC kompensator dyspersji tor światłowodowy Tx Rx OMUX DC WO ODMUX Tx Rx dr inż. Piotr Stępczak 57
IV. Dyspersja chromatyczna Dyspersja [ps/nm] ( o ) L1 DDCF LDCF 0 ( 1 ) L1 D DCF LDCF 0 ( ) L D DCF L 0 D λ 1 = D λ 1 > D λ 1 2 1 DCF < 1000 800 600 SMF DCF 400 200-200 100 200 300 400 Odległość [km] dr inż. Piotr Stępczak 58
IV. Dyspersja chromatyczna tor światłowodowy Tx Tx DC DC OMUX WO ODMUX Rx Rx Tx nadajnik Rx odbiornik DC kompensator dyspersji tor światłowodowy Tx Tx OMUX WO ODMUX DC DC Rx Rx dr inż. Piotr Stępczak 59
IV. Dyspersja chromatyczna tor światłowodowy Tx Rx OMUX WO DSC ODMUX Tx Rx Tx nadajnik Rx odbiornik DSC kompensator nachylenia ch. dyspersji tor światłowodowy Tx Rx OMUX DSC WO ODMUX Tx Rx dr inż. Piotr Stępczak 60
IV. Dyspersja chromatyczna Przeciwdziałanie: 1. Kompensacja dyspersji: włókna typu DCF i RDF (technika oparta na zarządzaniu dyspersją), kompensatory oparte na siatce Bragga. 2. Zmniejszenie szerokości linii widmowej: zewnętrzna modulacja, technika odpowiednie kształtowanie impulsu prądu modulującego. 3. Transmisja solitonowa. 4. Konwersja modulacji częstotliwości na modulację amplitudy dr inż. Piotr Stępczak 61
V. Dyspersja polaryzacyjna Przeciwdziałanie: 1. Wybór mniejszej przepływności 2. Wymiana odcinków światłowodów o dużej wartości dyspersji polaryzacyjnej (<0,5ps/ km) dr inż. Piotr Stępczak 62
V. Dyspersja polaryzacyjna Przeciwdziałanie: 3. Kompensacja dyspersji z użyciem dynamicznych układów opartych na kontrolerach polaryzacji Phase Control Algorithm A B QPM-LN +45 o -45 o 0 o +45 o -45 o 0 o +45 o -45 o 0 o to Receiver dr inż. Piotr Stępczak 63
Rozwój przepustowości sieci optycznej i jej ograniczenia Zadanie Wynik Ograniczenia światłowodu Inne ograniczenia Zwiększenie 10 Gbit/s Dyspersja Koszt i dostępność przepływności w chromatyczna i odpowiednich układów kanale polaryzacyjna elektronicznych Rozszerzenie okna Zwiększenie Dobór materiałów Zwiększenie 1550 nmw stronę tłumienność i półprzewodnikowych liczby dłuższych fal większa wrażliwość na źródła światła kanałów na mikro-zgięcia Rozszerzenie okna Wzrost tłumienia Komercyjna dostępność 1550 nmw stronę spowodowany odpowiednich wzmacniaczy krótszych fal absorpcją jonów OH Mniejsze odstępy Efekty nieliniowe Stabilność długości fali między kanałami nadajnika, krotnic falowych, zarządzanie dyspersją Zastosowanie okna Zwiększenie Dostępność odpowiednich 1310 nm tłumienia laserów i elementów pasywnych 64
Przyrządy pomiarowe Przyrządy stosowane do testowania systemów optycznych: Źródła światła Mierni mocy optycznej Reflektometr światłowodowy Analizator optyczny Miernik długości fali dr inż. Piotr Stępczak 65
Przyrządy pomiarowe Źródła światła: Przestrajalne lasery półprzewodnikowe Źródła szerokopasmowe dr inż. Piotr Stępczak 66
Przyrządy pomiarowe Źródła światła: Przestrajalne lasery półprzewodnikowe Lasery DFB dwu lub trójelektrodowe (zakres 10nm) dr inż. Piotr Stępczak 67
Przyrządy pomiarowe Źródła światła: Przestrajalne lasery półprzewodnikowe Lasery z zewnętrzną wnęką rezonansową i przestrajalną siatką (zakres ~50nm) dr inż. Piotr Stępczak 68
Przyrządy pomiarowe Cechy przestrajalnego lasera : duża dokładność bezwzględna i powtarzalność długości fali, szeroki zakres przestrajania, niski poziom emisji spontanicznej, duża szybkość przestrajania dr inż. Piotr Stępczak 69
Przyrządy pomiarowe Przykładowe parametry przestrajalnego lasera : Parametr Zakres długości fali Rozdzielczość Bezwzględna dokładność długości fali Względna dokładność długości fali Stosunek sygnału do szumu emisji spontanicznej Poziom mocy wyjściowej Stabilność długości fali Szerokość linii widmowej Opis od 1480 nmdo 1580 nm 0,001 nm ±0,1 nm ±0,035 nm >50 db >8 dbm ±0,8 pm/h 200 khz dr inż. Piotr Stępczak 70
Przyrządy pomiarowe Źródła światła: Źródła szerokopasmowe Dioda elektroluminescencyjna (krawędziowa) 0-10 -20-30 -40-50 -60 Moc optyczna [dbm] 1200 1300 1400 1500 1600 1700 Długość fali [nm] dr inż. Piotr Stępczak 71
Przyrządy pomiarowe Źródła światła: Źródła szerokopasmowe Źródło ASE wzmacniacz EDFA wysterowany laserem pompującym bez sygnału na wejściu Moc optyczna [dbm] 0-10 -20-30 -40-50 -60 1500 1520 1540 1560 1560 1600 dr inż. Piotr Długość Stępczak fali [nm] 72
Przyrządy pomiarowe Przykładowe parametry źródła szerokopasmowego: Parametr Krawędziowa dioda LED Źródło ASE Środkowa długość fali Szerokość widmowa Szczytowa gęstość widmowa mocy zależnie od składu materiału od 50 nm do 100 nm Całkowita moc optyczna ~100 µw Stopień spolaryzowania emitowanego światła 1550 nm(w przypadku wykorzystania EDFA) od 30 nm do 40 nm -25 dbm/nm -10 dbm/nm od ~1 mw do 10 mw od 20% do 60% <5% Czułość na odbicia średnia mała dr inż. Piotr Stępczak 73
Przyrządy pomiarowe Miernik mocy optycznej fotodioda wzmacniacz logarytmujący przetwornik A/C układ korekcji wyświetlacz układ kompensacji prądu ciemnego Podstawowe parametry : zakres długości fali: (dla fotodiody wykonanej z InGaAs od 800 nm do 1700 nm), zakres mierzonej mocy ( od 90 dbm do +10 dbm), nieliniowość Nieliniowość miernika mocy optycznej jest wynikiem występowania nieliniowości fotodetektora oraz nieliniowości wprowadzanej przez część elektroniczną urządzenia np. przez nieliniowość wzmacniacza (od ±0,015 db do ±0,05 db tj. od ±30 pw do ±50 pw). dr inż. Piotr Stępczak 74
Przyrządy pomiarowe Reflektometr światłowodowy Optical Time Domain Reflectometer Brillouin Optical Time Domain Reflectometer dr inż. Piotr Stępczak 75
Przyrządy pomiarowe Reflektometr światłowodowy Optical Time Domain Reflectometer Pomiar: - tłumienności odcinków, zdarzeń - tłumienności odbiciowej (ORL) całkowitej, cząstkowej - długości całkowitej, cząstkowej - lokalizacja uszkodzeń dr inż. Piotr Stępczak 76
Przyrządy pomiarowe Reflektometr światłowodowy Optical Time Domain Reflectometer Parametry: -długości fal [nm] -850, 1300, 1310, 1490, 1550, 1625 -długość mierzonych torów zależy od dynamiki pomiaru i czasów impulsów (nie przekracza 200km) -dynamika: 20dB 40dB -szer. impulsu: 5ns 20000ns -rozdzielczość tłumienia : 0,01dB odległości: 1m 1000m (zal. od szer. imp) próbkowania: 5000 32000 dr inż. Piotr Stępczak 77
Przyrządy pomiarowe Reflektometr światłowodowy Brillouin Optical Time Domain Reflectometer Pomiar: -jak OTDR -naprężeń w torze - temperatury wzdłuż światłowodu dr inż. Piotr Stępczak 78
Przyrządy pomiarowe Analizator widma optycznego Składa się z dwóch części: przestrajalnego filtru optycznego (monochromator) i miernika mocy optycznej. szczelina wejściowa Konstrukcja Czernyego - Turnera zwierciadło Konstrukcja Littrowa soczewka soczewka siatka siatka źródło światła szczelina wyjściowa zwierciadło pryzmat fotodetektor dr inż. Piotr Stępczak 79
Przyrządy pomiarowe Analizator widma optycznego Podstawowe parametry analizatora widma optycznego: Zdolność rozdzielcza definiowana jest jako zdolność przyrządu do rozdzielania dwóch blisko leżących względem siebie linii widmowych. Typowe wartości: 0,1 0,2 0,5 1 -... 10 20 nm. Zalecana wartość w przypadku badania diod elektroluminescencyjnych 1 nm, laserów wzdłużnie wielomodowych 0,2 nm, laserów wzdłużnie jednomodowych 0,1 nm. Zakres pomiaru określa przedział w którym możliwe jest przeprowadzenie analizy odbieranego sygnału optycznego. Typowe wartości: od 600 nm do 1700 nm, od 1200 nm do 1700 nm. Zalecana wartość w przypadku badania diod elektroluminescencyjnych 200 nm, w przypadku laserów 50 nm. dr inż. Piotr Stępczak 80
Przyrządy pomiarowe Analizator widma optycznego Podstawowe parametry analizatora widma optycznego: Czułość analizatora widma optycznego to najmniejsza wartość mocy sygnału optycznego, którą jest w stanie przyrząd zmierzyć. Typowa wartość: ok. 90 dbm. Dokładność pomiaru analizatora widma optycznego określana jest jako zdolność przyrządu do dokładnego i prawidłowego wskazania mierzonej długości fali. Typowa wartość: ok. ±0,02 nm. Zakres dynamiki pomiaru odnosi się do możliwości pomiaru sygnału w szerokim zakresie jego wartości; jest on definiowany jako stosunek największej wartości mierzonego sygnału do jego najmniejszej wartości przy danej zdolności rozdzielczej. Typowa wartość: od 55 db do 85 db. dr inż. Piotr Stępczak 81
Przyrządy pomiarowe Miernik długości fali Do pomiaru długości fali światła wykorzystywane są następujące metody: metoda filtrowania widma optycznego za pomocą filtrów siatkowych lub filtru Fabry-Perot, metoda zliczania prążków interferencyjnych, metoda wykorzystująca dyskryminator długości fali. Najpopularniejszą metodą stosowaną w miernikach długości fali jest metoda zliczania prążków interferencyjnych. dr inż. Piotr Stępczak 82
Przyrządy pomiarowe Miernik długości fali wzorcowe źródło światła soczewka zwierciadło stałe zwierciadło stałe badane źródło światła soczewka rozdzielacz wiązki światła (płytka półprzepuszczalna) zwierciadło ruchome rozdzielacz wiązki światła (płytka półprzepuszczalna) kierunek zmiany połóżenia zwierciadła Na podstawie obrazu interferencyjnego określana jest długość fali fotodetektor λ bad = N λ K o badana wiązka światła wiązka światła odniesienia dr inż. Piotr Stępczak 83
Przyrządy pomiarowe Miernik długości fali Podstawowe parametry miernika długości fali: Zakres pomiarowy. Typowe wartości: od 700 nm do 1650 nm, od 1270 nm do 1650 nm. Dokładność pomiaru. W przypadku miernika długości fali dokładność pomiaru długości fali podaje się zwykle w ppm (część milionowa). Typowa wartość: ±3 ppm (±0,005 nm dla 1550 nm i ±0,004 nm dla 1310 nm). W przypadku gdy dokonywana jest w mierniku analiza widmowa długości fali sygnału bardzo ważnym parametrem jest dokładność wyznaczenia poziomu mocy optycznej. Typowa wartość: ±0,5 db w przedziale długości fali 1310±30 nm i 1550±30 nm. Miernik długości fali jest kalibrowany za pomocą wzorcowego źródła światła. dr inż. Piotr Stępczak 84