Измерение полосы частот модуляции

Полоса частот модуляции определяется в результате модулирования тока источника излучения от перестраиваемого генератора с последующим преобразованием модулированного оптического сигнала в электрический, параметры которого измеряются с получением частотной характеристики. Измерение модуляционных характеристик источников излучения имеет первостепенное значение в связи с увеличением скоростей волоконно-оптических систем передачи, так как ряд эффектов, приводящих к дополнительной «паразитной» модуляции, может значительно исказить оптический сигнал и привести к неадекватному его восстановлению на приемной стороне, увеличивая тем самым уровень ошибок приема. Особенно это касается современных полупроводниковых лазеров и внешних модуляторов, используемых в современных высокоскоростных системах передачи [ ].

В общем случае данный вид измерений представляет собой совокупность измерений электрических и оптических сигналов, поэтому, не останавливаясь на всесторонне рассмотренных в литературе электрических измерениях, в настоящем параграфе будут рассмотрены особенности измерений оптических характеристик, подразумевая, что для измерения параметров электрических сигналов используются стандартные процедуры и приборы.

А. Измерение характеристик модуляции полупроводникового лазера. Как известно, частотная характеристика модуляции лазера зависит от значения постоянного тока смещения, возрастание которого обычно приводит к увеличению полосы частот, что связано со смещением характеристики релаксационных колебаний, определяющих естественную глубину модуляции частоты лазера. Наличие релаксационных колебаний, в свою очередь, создает дополнительную модуляцию интенсивности излучения лазера. Поэтому измерение модуляционной характеристики лазеров, используемых в телекоммуникациях, представляет собой очень важную задачу. Для проведения данных измерений с высокой точностью вначале (рисунок. 11.8) необходимо выполнить предварительную калибровку, исключив тем самым влияние модуляции в измерительной системе, задав начальную и конечную частоты диапазона, количество точек измерения, время измерения и уровень мощности источника [кн. Иванов].

В процессе калибровки определяются частотная и фазовая характеристики модуляции измерительной схемы, с тем, чтобы впоследствии использовать эту информацию в совокупности с данными внутренней калибровки анализатора. Параметры источника и приемника световой волны предопределяются во время заводской калибровки и вводятся в память анализатора. По окончании калибровки тестируемый лазер включается между интерфейсами электрической и оптической схем измерений, замещая калиброванный источник световой волны. При этом путем изменения смещения лазера можно повести ряд измерений, определив оптимальное значение, при котором достигается максимальная глубина частотной модуляции.

Б. Измерение модуляционной характеристики внешнего модулятора. Модуляционная характеристика внешнего модулятора в общем случае зависит от напряжения смещения и определяется следующими четырьмя параметрами [ ]:

· вносимыми потерями, которые равны потерям в точке максимума функции передачи;

· разностью минимального и максимального уровней модулирующего сигнала;

· отношением максимального и минимального уровней оптического сигнала;

· номинальным напряжением смещения, при котором имеет место равенство положительной и отрицательной полуволн оптического сигнала.

При этих условиях можно принять, что модуляционная характеристика для небольших отклонений от номинальной рабочей точки модулятора изменяется линейно. Тогда для синусоидального сигнала с выраженной в радианах частотой w интенсивность излучения I (t) будет определяться известным выражением [ ].

(11.6.1)

где I₀ – максимальная интенсивность света;

E(w) – зависящая от частоты эффективность модуляции;

V_p -разность минимального и максимального уровней модулирующего сигнала.

При этом рабочая точка модуляционной характеристики, естественно, может быть отрегулирована путем изменения напряжения смещения V_в.

Модуляционная характеристика внешних модуляторов интенсивности оптического излучения может быть определена с использованием анализатора компонентов световой волны таким же образом. Как и при использовании лазерных источников. Это еще один класс электронно-фотонных измерений, где источником является генератор электрического сигнала качающейся частоты, а измерение полосы частот модуляции внешних модуляторов интенсивности оптического излучения осуществляется при помощи анализатора компонентов световой волны по рассмотренной выше схеме измерения модуляции лазера. Однако между этими измерениями есть существенная разница, обусловленная тем, что модулятор представляет собой трехпортовое устройство, в котором коэффициент преобразования зависит от уровня входной оптической мощности, то есть эффективность преобразования модулятора является функцией уровней электрического и оптического входных сигналов.

Чтобы определить коэффициент преобразования модулятора в Вт / А, анализатор компонентов световой волны должен устанавливать зависимость модулированной мощности от входного тока модуляции, а так как с увеличением входной оптической мощности выходная модулированная оптическая мощность также возрастает, анализатор световой волны будет измерять очевидное увеличение чувствительности. Это означает, что измерение чувствительности модулятора действительно только для определенной входной оптической мощности, существовавшей в момент проведения измерения, в то время как частотная характеристика модуляции модулятора обычно действительна в широком диапазоне значений входной оптической мощности.