Измерение межмодовой дисперсии

Известно, что в многомодовом ОВ все моды распространяются по различным траекториям, в следствии чего огибающие модулированного светового сигнала различных мод по мере распространении сигнала по волокну всё больше и больше отличаются по фазе. При использовании цифровой системы каждая мода передает информационный импульс, время распространения которого отличается от времени распространения импульса другой моды, что в результате вызывает изменение формы результирующего импульса на выходе ОВ, в частности увеличение длительности и уменьшение амплитуды переданного импульса. Описываемое явление называется межмодовой дисперсией, которая обычно ограничивает расстояние передачи многомодового ОВ до 1 км и менее, обеспечивая битовую скорость до 1 Гб/с.

Методы измерения межмодовой дисперсии можно классифицировать в соответствии с временным или частотным представлением по способам реализации испытательных сигналов или их регистрации. Наиболее естественной является классификация по способам реализации испытательных сигналов. Согласно этой классификации методы измерения разделить на импульсные и частотные (методы сваппирования частоты).

Импульсный метод основан на последовательной регистрации импульсов оптического излучения на выходе волокна измеряемого кабеля и на выходе его короткого отрезка, образованного за счет обрыва в начале волокна.

Измерение передаточных характеристик импульсным методом проводят на установке, схема которой указана на рисунке 10.17.

В качестве источника излучения применяют оптические источники типа полупроводникового лазера, светодиода и т. п., позволяющие получить импульсное оптическое излучение с дли­тельностью импульса, обеспечивающей измерение передаточных характеристик конкретного оптического кабеля. Длина волны и спектральная ширина источника излучения должна соответство­вать требованиям, установленным в стандартах или технических условиях на оптический кабель.

Блок управления должен обеспечивать генерацию электрических импульсов требуемой длительности и мощностью, согласованной с источником излучения, а также вырабатывать им­пульсы синхронизации с регулируемой задержкой.

Требования к устройству ввода, фильтру мод оболочки, смесителю мод должны соответствовать указанным в методе изме­рения затухания.

Приемник излучения должен обеспечивать регистрацию всего конуса излучения, выходящего из оптического волокна и иметь полосу пропускания, обеспечивающую требуемое временное разрешение импульса источника излучения. Преобразовательная характеристика приемника должна быть линейной.

Регистрирующее устройство должно обеспечивать ре­гистрацию сигналов с приемника излучения в соответствующем диапазоне длительностей.

С помощью устройства ввода проводят юстировку входного торца измеряемого волокна по максимуму сигнала на выходе при­емника излучения. Регистрируют форму импульса на выходе во­локна измеряемого кабеля.

Не изменяя положения волокна в устройстве ввода, об­ламывают отрезок волокна длиной (1±0,2) м после фильтра мод оболочки. Выходной торец короткого отрезка волокна подготав­ливают в соответствии с требованиями, указанными в п. 1.10.10.10.

Подготовленный выходной торец волокна устанавлива­ют относительно приемной площадки так, чтобы на нее попадало все излучение с выходного торца. Вновь регистрируют форму им­пульса на выходе короткого отрезка волокна. Зарегистрирован­ную форму импульса принимают за форму импульса на входе волокна измеряемого кабеля.

Передаточную характеристику в частотном представле­нии определяют по формуле:

, (10.3.3)

где и - спектральная плотность мощности импульса на входе и выходе волокна измеряемого кабеля.

Модуль комплексной функции есть амплитудно-частотная модуляционная характеристика измеряемого кабеля.

При этом значение спектральной плотности мощности входно­го (выходного) импульсов определяют по формуле

, (10.3.4)

где - зарегистрированный импульс на входе (выходе) во­локна измеряемого кабеля.

Значение ширины полосы пропускания оптического кабеля принимают равной частоте, на которой амплитуда сигнала ампли­тудно-частотной модуляционной характеристики изменилась (уменьшилась) на 3 дБ.

Коэффициент широкополосности оптического во­локна измеряемого кабеля определяют по формуле:

, (10.3.5)

где В - ширина полосы пропускания измеряемого оптического кабеля, МГц;

L - длина измеряемого кабеля, км;

m - эмпирический параметр, установленный в стандартах или технических условиях на конкретный оптический кабель.

В случае наличия на входе и выходе измеряемого ка­беля импульсов, имеющих форму кривой Гаусса, полосу пропус­кания определяют на основании имеющей место дисперсии по фор­муле

, (10.3.6)

где В - полоса пропускания, МГц;

- дисперсия импульса, нс;

, - длительность выходного и входного импульса по уровню 0,5, нс.

Для гауссова входного импульса шириной и выходного импульса из приведенных выше соотношений следует

, (10.3.7)

где отожествляется с шириной импульсной характеристики, которая определяется через инверсное преобразование Фурье

(10.3.8)

Частотный метод основан на сравнении зависимостей изменения сигнала на выходе волокна измеряемого кабеля и на выходе короткого его отрезка от частоты модуляции оптического сигнала.

Измерение передаточных характеристик частотным методом проводят на установке, схема которой указана на рисунке 10.18.

В качестве источников излучения применяют оптиче­ские источники (светодиоды, полупроводниковые или другие лазе­ры), обеспечивающие модуляцию оптического излучения в полосе частот, превышающей ширину полосы пропускания измеряемого оптического кабеля. Длина волны и спектральная ширина источ­ника излучения должны соответствовать требованиям, установленным в стандартах или технических условиях на измеряемый оптический кабель.

Задающий генератор должен иметь полосу частот пе­рестройки, превышающую ширину полосы пропускания измеряемого оптического кабеля.

Требования к устройству ввода, фильтру мод оболоч­ки,смесителю мод должны соответствовать указанным в методе измерения затухания.

Приемник излучения должен обеспечивать регистрацию всего конуса, выходящего из оптического волокна излучения, и иметь полосу пропускания, превышающую полосу пропускания измеряемого кабеля. Преобразовательная характеристика при­емника должна быть линейной.

Регистрирующее устройство должно обеспечивать ре­гистрацию сигналов с приемника излучения в соответствующем диапазоне частот модуляции источника излучения.

С помощью устройства ввода проводят юстировку входного торца измеряемого волокна по максимуму сигнала на выходе при­емника излучения.

С помощью задающего генератора устанавливают час­тоту модуляции оптического сигнала. Изменяя частоту модуля­ции, регистрируют зависимость переменной составляющей сигна­ла от частоты модуляции.

Не изменяя положения волокна в устройстве ввода, об­ламывают волокно после фильтра мод оболочки, оставляя отре­зок волокна длиной (1 ± 0,2) м. Выходной торец короткого отрез­ка волокна подготавливают в соответствии с требованиями, ука­занными в п. 1.10.10.10.

Подготовленный выходной торец волокна устанавлива­ют относительно приемной площадки так, чтобы на нее попадало все излучение с выходного торца. Вновь регистрируют зависи­мость переменной составляющей сигнала на выходе короткого отрезка волокна от частоты модуляции.

Строят график отношения значений сигналов перемен­ной составляющей на выходе короткого отрезка и всего кабеля от частоты модуляции, то есть амплитудно-частотную характе­ристику измеряемого оптического кабеля. Значение ширины по­лосы пропускания оптического кабеля принимают равной частоте, на которой амплитуда сигнала амплитудно-частотной характе­ристики уменьшилась на 3 дБ. Коэффициент широкополосности определяют по формуле (10.3.5).