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 1998-2004
Sergiusz Patela 1998-2004 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
Sergiusz Patela 1998-2004 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
Sergiusz Patela 1998-2004 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
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 1998-2004 Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 5
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 1998-2004 Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 6
Sergiusz Patela 1998-2004 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.
Sergiusz Patela 1998-2004 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.
Sergiusz Patela 1998-2004 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 10 1200 1400 1600 1800 Wavelength λ (nm) τg (ps) T1507760-92
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 1998-2004 Podstawy teorii światłowodów. Dyspersja światłowodów 10
Sergiusz Patela 1998-2004 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